[发明专利]超疏水聚四氟乙烯薄膜及其微纳米压印制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学领域，涉及一种新材料及其制备方法，具体涉及一种超疏水聚四氟乙烯(PTFE或Teflon)薄膜及其微纳米压印制备方法与应用。 

背景技术

超疏水表面具有广阔的应用前景，如高层建筑玻璃的防尘自清洁、风力发电机叶片、天线、门窗防积雪，船、潜艇等外壳减小阻力，石油输送管道内壁、微量注射器针尖防止粘附堵塞，减少损耗，建筑、纺织品、皮革制品防水防污等，在节水、节能环保领域能发挥重要的作用。 

制备超疏水表面的基本方法是形成表面微纳米结构同时降低表面自由能或在低自由能材料表面形成微纳米结构。聚四氟乙烯是人工合成高分子材料，具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、不粘附、无毒害及优异的电气性能等，广泛应用于国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。聚四氟乙烯本身的表面自由能较低，表面与水的接触角在105°到110°，是一种疏水性材料。如能在聚四氟乙烯材料表面生成微纳米结构，进一步提高其与水的接触角从而形成超疏水性能自清洁功能，无疑将有更加广泛的应用前景。 

发明内容

本发明的目的是提供一种超疏水聚四氟乙烯薄膜及其微纳米压印制备方法与应用。 

本发明提供的聚四氟乙烯薄膜表面的微纳米压印方法，包括如下步骤： 

将聚四氟乙烯薄膜置于具有类荷叶微纳米结构的金属模具上进行热压，热压完毕后卸压冷却至室温，将所述聚四氟乙烯薄膜从所述金属模具表面分离，完成所述聚四氟乙烯薄膜表面的微纳米压印方法。 

上述方法中，聚四氟乙烯薄膜的厚度为0.05-5mm，具体为0.1-1mm。 

上述热压步骤中，温度为20～380℃，具体为130℃；压力为0-12吨，具体为5-6吨；时间为1-30分钟，具体为15分钟。 

所述方法还包括如下步骤：在将聚四氟乙烯薄膜置于具有类荷叶微纳米结构的金属模具上之后，在所述热压步骤之前，将所述聚四氟乙烯薄膜于热压机中进行预热； 

所述预热步骤中，预热时间具体可为10分钟，预热压力具体可为1吨，预热温度具体可为120℃； 

在所述预热步骤之后，由预热温度升温至热压温度的升温速率可根据实际情况按照常规操作进行调整，无需特别限定。 

所述具有类荷叶微纳米结构的金属模具是表面密集分布有微米级凹坑和凹坑内表面存在纳米级亚结构的金属模板，构成所述具有类荷叶微纳米结构的金属模具的材料选自模具钢、高速钢和硬质合金中的至少一种，可由超快激光制备；所述类荷叶微纳米结构与荷叶表面的微纳米结构相反； 

此外，按照上述方法得到的具有微纳米凸起结构的聚四氟乙烯薄膜，也属于本发明的保护范围。其中，所述微纳米级凸起结构的形状可为圆形或其他形状，其直径可为12～15μm，具体可为12μm、15μm，高度可为20～25μm，具体可为20μm、25μm；所述微米级凸起呈蜂窝状密集分布，所述微米级凸起之间的间距可为20～25μm，具体可为20μm、25μm。 

所述微纳米凸起上还可具有纳米级亚结构；所述纳米级亚结构的形状为丝状，直径具体为50～700nm。 

另外，上述本发明提供的具有微纳米凸起的聚四氟乙烯薄膜在超疏水中的应用及该具有微纳米凸起的聚四氟乙烯薄膜在制备超疏水材料中的应用，也属于本发明的保护范围。 

本发明由于采取以上技术方案，具有如下优点： 

(1)本发明利用热压微纳米压印的方式将类荷叶微纳米结构的金属模具中的微纳米结构复制到聚四氟乙烯表面，形成微米级突起结构，在每个微米级凸起顶部形成丰富的纳米丝状织构化结构，能形成与荷叶结构类似的微纳米结构，从而具有超疏水性。本方法微纳米结构复制程度高，微纳米结构参数如凸起外形、直径、深度、间距及凸起密集分布形式均可通过改变模具的对应参数进行精密调节，具有很大的灵活性； 

(2)本发明利用热压能实现不同厚度的聚四氟乙烯表面微纳米压印，其疏水性能具有持有性(2个月观测时间，疏水性能不变)和耐热性(可达180℃)。微纳米压印过程中热压机对工作环境没有要求，操作方便，有广泛的实用性； 

(3)本发明利用微纳米压印模具进行压印，压印过程对模具几乎无损耗，使聚四氟乙烯表面荷叶微纳米结构的获得具有高的重复性； 

(4)本发明利用微纳米压印模具进行压印，对模具尺寸没有限制，并且一次微纳米压印过程总时间不超过30分钟，明显高于已知方法，可以实现高效、大面积的聚四氟乙烯依稀荷叶微纳米结构。