[发明专利]一种具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性薄膜技术领域，尤其涉及一种具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜及其制备方法。

背景技术

润湿性是固体材料表面的一种重要性能，通常采用接触角进行表征。当材料表面与水滴的接触角高于150°时，该材料被认为具有超疏水表面。自然界中许多材料具有这种表面，荷叶是一种典型的例子。受自然界的启发，各种不同结构的超疏水表面已经在材料上制备。由于对扁平表面进行化学修饰，其接触角难以超过120°，因此，目前超疏水表面通过两种方式获得，一种是在低表面能疏水材料表面上构建粗糙表面，一种是用低表面能物质对微/纳米级粗糙结构进行修饰处理。制备合适的微/纳米粗糙结构因而成为获得超疏水表面的关键。常见的制备技术包括模板印刷法、蒸汽诱导相分离法、溶胶-凝胶法、模板挤压法、激光与等离子体刻蚀法和静电纺丝。

静电纺丝是一种简单、低成本制备一维纤维材料的技术。纤维直径可以通过调节溶液的浓度和纺丝参数进行控制。所制备的纤维本身提供了至少一个尺度的粗糙度。通过在纺丝液中添加不溶的颗粒，两个尺度的粗糙度能够方便的引入到纤维薄膜上。尽管静电纺丝技术展示了对分级微/纳米结构控制的巨大潜力，但是获得具有超疏水表面的柔韧无机薄膜材料仍具有大的挑战，目前，仅少量具有超疏水表面的柔韧无机薄膜被制备。

发明内容

本发明提供了一种具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜及其制备方法，所得柔性薄膜具有优异的超疏水和高粘附力性能，还具有良好的柔韧性。

本发明提出的一种具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚乙烯吡咯烷酮、钛酸丁酯和乙酸加入乙醇中搅拌均匀得到混合溶液；

S2、将S1得到的混合溶液进行静电纺丝得到纳米纤维薄膜；

S3、将S2得到的纳米纤维薄膜干燥后，碳化得到TiO₂/C薄膜；

S4、将S3得到的TiO₂/C薄膜置于氢氧化钠溶液中进行水热处理，经清洗后，置于盐酸中浸渍，清洗，干燥，然后进行热处理得到TiO₂(B)/C薄膜；

S5、将S4得到的TiO₂(B)/C薄膜置于含全氟辛基三氯硅烷的甲苯溶液中浸渍，经甲苯清洗后，干燥得到具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜。

优选地，S1的混合溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为6～10wt％，钛酸丁酯的质量分数为10～15wt％，乙酸的体积分数为15～25vol％。

优选地，S2中，静电纺丝采用内径为0.3～0.6mm针头，静电纺丝过程中的电压为15～24kV，静电纺丝过程中的收丝距离为12～24cm，静电纺丝过程中的纺丝液流速为5～20μL/min。

优选地，S3中，碳化的具体操作为：将干燥后的纳米纤维薄膜于N₂气氛中升温至500～900℃进行碳化2～4h。

优选地，S4中，氢氧化钠溶液的浓度为10mol/L，TiO₂/C薄膜和氢氧化钠溶液的重量体积比(mg/mL)为20～100：20～45。

优选地，S4中，水热处理的温度为150～160℃，水热处理的时间为18～30h。

优选地，S4中，盐酸浓度为0.08～0.12mol/L，浸渍时间为24～30h。

优选地，S4中，热处理的具体操作为：在N₂气氛中，升温至400℃，保温2.5～3.5h。

优选地，S5的含全氟辛基三氯硅烷的甲苯溶液中，全氟辛基三氯硅烷的体积分数为0.5～2vol％，浸渍时间为1～2h。

优选地，S5中，干燥温度为120～140℃，干燥时间为1～2h。

本发明还提出的一种具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜，采用上述具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜的制备方法制得。

本发明采用静电纺丝获得TiO₂/C薄膜，由于该薄膜碳纤维内的TiO₂在水热处理中溶解，使碳纤维中形成大量介孔。当薄膜弯曲时，介孔的存在有效降低了弯曲中的应力而获得高的柔韧性。此外，溶解的TiO₂在多孔碳纤维上形成纳米管与纳米片的杂化结构，该结构具有良好的热稳定性。热处理后的微/纳米结构，为超疏水高粘附力性能薄膜的构建提供了有效的粗糙表面。由于制备路径简单，条件温和，获得的超疏水薄膜具有高的粘附力。因此，本发明所得具有超疏水高粘附力性能的柔性薄膜在生物医学和微流体器件的制备上具有巨大的应用潜力。

附图说明