滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于超疏水材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]疏水性是材料表面的重要特征之一，它是由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)共同決定的。當(dāng)液滴與材料表面接觸，它仍保持液滴形狀或者在表面鋪展形成液膜，這一性質(zhì)通常用水接觸角(WCA)來衡量。通常將接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°的表面稱為超疏水表面。超疏水材料獨(dú)特的表面特性使其廣泛應(yīng)用于防水、防污、防霧、自清潔、流體減阻、微流體芯片和抑菌等領(lǐng)域。與金屬材料相比，高聚物材料的表面超疏水化研究顯得更為廣泛和重要。聚合物本身具有較低的自由能和良好的熱成型加工性能，在制備工藝上方便簡(jiǎn)潔，方式多樣，適合大批量快速生產(chǎn)，且成本低廉。制備超疏水表面，主要從兩個(gè)方面著手:一方面是在疏水材料(接觸角大于90° )表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)；另一方面在粗糙表面上用低表面能的物質(zhì)進(jìn)行修飾。常用于表面修飾的低表面能材料大多是含氟、硅基團(tuán)的物質(zhì)，如:氟化烷基硅烷、氟高聚物、氟化合物等。近十幾年來，源源不斷的加工技術(shù)被用來制備超疏水表面，如光刻工藝、模板法、刻蝕法、自組裝法、電化學(xué)沉積法、電紡絲法、等離子體法、溶膠凝膠法和相分離法等。采用這些方法制備超疏水表面的思想是構(gòu)建微觀尺度上微米和納米級(jí)的分層復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，增加表面粗糙度(參考文獻(xiàn):1.XinjianFeng，Jiang Le1.Adv.Mater.2006，18，3063-3078 ；2.Ye Tian，Bin Su，Lei Jiang，Adv.Mater.2014，26，6872 - 6897 ;3.Paul Roach, Neil J.Shirtcliffe，Michael 1.Newton，SoftMatter, 2008，4，224-240) 0
[0003]線性低密度聚乙烯(LLDPE)是一種常見的熱塑性塑料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，關(guān)于線性低密度聚乙烯的超疏水化研究一直備受關(guān)注，但實(shí)際應(yīng)用方面卻進(jìn)展不大，主要原因在于:一是許多制備方法需要專門的帶有微納米結(jié)構(gòu)的模板、苛刻的條件和較長(zhǎng)的周期，難以用于超疏水表面的大面積制備，有的模板還需要用化學(xué)方法去除(參考文獻(xiàn):1.鄭建勇，馮杰，鐘明強(qiáng)，高分子學(xué)報(bào)，2010，10:1186-1192 ;2.鄭建勇，浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010 ;3.楊武，石彥龍，陳淼，高錦章，科學(xué)通報(bào)，2007，52 (7):766-769 ;4.王琴琴，楊武，鄭艷萍，趙靜卓，代學(xué)玉，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，47⑵:155-160 ;5.林飛云，浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010) ;二是很多方法需要大量的化學(xué)試劑和有機(jī)溶劑，涉及環(huán)境和污染問題(參考文獻(xiàn):1.袁志慶，中南大學(xué)博士學(xué)位論文，2008 ；2.Zhiqing Yuanl， Hong Chen, Jide Zhang, Dejian Zhao, Yuejun Liu, XiaoyuanZhou, Song Li, Pu Shi, Jianxin Tang, Xin Chen, Science and Technology of AdvancedMaterials, 2008,9:045007)。中國(guó)專利CN102909813A公開了一種線性低密度聚乙烯/線性低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯/聚丙烯共混物超疏水薄膜的制備方法，中國(guó)專利CN103144237B公開了一種耐沖擊性聚苯乙烯/線性低密度聚乙烯超疏水薄膜的制備方法，中國(guó)專利CN103231527B公開了一種表面發(fā)泡線性低密度聚乙烯超疏水表面的制備方法，這三個(gè)專利的制備步驟均包括配制共混物、混煉、壓片、壓膜、層疊壓膜、層間剝離和測(cè)量七個(gè)步驟，雖然這些方法未使用溶劑和模板，但增加了配制聚合物共混物或聚合物填充物及混煉等步驟，增加了工序及成本，并且滾動(dòng)角不能通過實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控。
[0004]滾動(dòng)角可控的超疏水線性低密度聚乙烯是指通過改變制備條件來調(diào)節(jié)超疏水表面的滾動(dòng)角，滾動(dòng)角不同，其用途也不同，線性低密度聚乙烯表面的滾動(dòng)角由表面黏附力決定，水滴在低黏附性超疏水表面，即使有輕微的傾斜(< 10° )也極易滾動(dòng)滑落，在水滴與高黏附性超疏水表面的接觸角大于150°的情況下，將表面傾斜90°甚至180°，水滴仍然黏附在表面上，這種性質(zhì)被用來在微米尺度上操縱液滴，可以在微流體系統(tǒng)、液體無損轉(zhuǎn)移和生物技術(shù)等方面發(fā)揮重大作用。遺憾的是，關(guān)于滾動(dòng)角可控的超疏水線性低密度聚乙烯片材或容器及相關(guān)制備方法仍未見報(bào)道。因此，尋求一種易于工業(yè)化生產(chǎn)、綠色環(huán)保、低成本的方法來制備滾動(dòng)角可控的超疏水線性低密度聚乙烯片材/容器顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器及其制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材的厚度為10微米至2厘米，其外觀根據(jù)厚度和尺寸包含薄膜、片材和塊材三種形式；制備滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水曲面容器所需片材的厚度為10微米至2厘米，制得的曲面容器高度為0.1?50厘米，開口直徑為0.5?100厘米；線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器的表面為層壓或熱壓剝離產(chǎn)生的多層次微納米結(jié)構(gòu)，多層次微納米結(jié)構(gòu)包括有不規(guī)則多邊形或類環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)、齒狀、帶狀、絲狀及“結(jié)”狀凸點(diǎn)等結(jié)構(gòu)；高黏附線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器的表面微納米結(jié)構(gòu)特征為:不規(guī)則多邊形或類環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)、齒狀、帶狀及“結(jié)”狀凸點(diǎn)等結(jié)構(gòu)呈連續(xù)或分離形式存在，凹槽周圍為齒狀、帶狀、絲狀聚合物結(jié)構(gòu)，不規(guī)則多邊形或類環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)的平均直徑為0.1?5微米，高度為0.1?10微米，齒狀和帶狀變形尺寸為0.1?5微米，“結(jié)”狀凸點(diǎn)尺寸小于2微米，齒狀和帶狀變形中有直徑2?50納米的纖維狀結(jié)構(gòu)，絲狀變形的直徑為I?20納米；低黏附線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器的表面微納米結(jié)構(gòu)特征為:不規(guī)則多邊形或類環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)相互連接或嵌套，平均直徑為0.5?20微米，高度為0.5?50微米，凹槽底部為帶狀、絲狀聚合物微納米結(jié)構(gòu)，凹槽周圍為齒狀、帶狀、絲狀及“結(jié)”狀凸點(diǎn)等聚合物微納米結(jié)構(gòu)，齒狀和帶狀變形中有直徑2?50納米的纖維狀結(jié)構(gòu)，絲狀變形的直徑為I?30納米，“結(jié)”狀凸點(diǎn)的尺寸為0.2?5微米；線性低密度聚乙烯超疏水表面與水的接觸角均大于150°，滾動(dòng)角大于0°，小于180° ;線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器根據(jù)制備條件處于超疏水低黏附狀態(tài)或超疏水尚黏附狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明制備滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器的具體步驟如下:
[0008](I)壓片:在100?170°C溫度和I?1MPa壓強(qiáng)下通過平板硫化機(jī)將線性低密度聚乙烯粒料模壓成10微米至2厘米的線性低密度聚乙烯片材；
[0009](2)疊壓:高黏附線性低密度聚乙烯超疏水表面的疊壓條件:設(shè)定溫度為100?103°C，預(yù)熱2?lOmin，保壓壓力為I?5MPa，保壓時(shí)間為I?5min，使用平板硫化機(jī)在模具中將步驟(I)制得的2?4片線性低密度聚乙烯片材疊壓在一起；低黏附線性低密度聚乙烯超疏水表面的疊壓條件:設(shè)定溫度為104?123°C，預(yù)熱2?lOmin，保壓壓力為I?5MPa，保壓時(shí)間為I?5min，使用平板硫化機(jī)在模具中將步驟⑴制得的2?4片線性低密度聚乙稀片材疊壓在一起；
[0010](3)層間剝離:將步驟(2)疊壓在一起的線性低密度聚乙烯片材冷卻至室溫，用手、鐵鉗或萬能試驗(yàn)機(jī)將疊壓在一起的線性低密度聚乙烯片材進(jìn)行剝離，得到滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材；將步驟(2)疊壓在一起的線性低密度聚乙烯片材迅速轉(zhuǎn)移至曲面模具上并使其與曲面模具貼合，冷卻至室溫，用手、鐵鉗或萬能試驗(yàn)機(jī)將疊壓在一起的線性低密度聚乙烯片材進(jìn)行剝離，得到線性低密度聚乙烯超疏水曲面容器。
[0011]本發(fā)明所述滾動(dòng)角可控的線性低密度聚乙烯超疏水片材/容器的制備方法將傳統(tǒng)的聚合物加工技術(shù)一平板熱壓技術(shù)應(yīng)用到超疏水表面的制備過程中，不需要隔絕空氣或特殊環(huán)境，不需要低表面能化學(xué)物質(zhì)的后期修飾，方法簡(jiǎn)單易行，無需共混其它材料，僅需對(duì)塑料粒料進(jìn)行壓片、層壓、剝離三步便