[发明专利]仿生结构的水下超疏油聚合物膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超疏油聚合物膜领域，特别涉及仿生结构的水下超疏油聚合物膜及其制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的一个重要特性。具备超疏油性质的固体在人们的日常生活及科研中起到了重要的作用。如何制备超疏油的表面一直是人们研究的热点。在具有微纳米复合结构的基底上修饰低表面能的物质是人们制备超疏油材料的重要手段之一。此类文献报道有《应用化学》杂志1997，36，1011～1012上发表的“超疏油表面”(Tsujii，K.，Yamamoto，T.，Onda，T.& Shibuichi，S.Super oil-repellent surfaces.Angew.Chem.Int.Ed.)；《应用化学》杂志2001，40，1743～1746上发表的“超双疏的碳纳米管薄膜”(Li，H.J.et al.Super-“amphiphobic”aligned carbon nanotube films.Angew.Chem.Int.Ed.)：《先进材料》杂志2004，16，302～305上发表的“构筑具有仿生结构的超双疏表面的方法”(Xie，Q.D.et al.Facile creation of a super-amphiphobiccoating surface with bionic microstructure.Adv.Mater.)；《应用化学》杂志2006，45，2251～2254上发表的“合成稳定的超疏水超疏油聚噻吩薄膜”(Nicolas，M.，Guittard，F.& Géribaldi，S.Synthesis of stable super water-andoil-repellent polythiophene films.Angew.Chem.Int.Ed.)。从此类文献可以看出，这些低表面能的物质通常是含氟的长链烷烃，具有毒性并对环境具有污染的性质，这大大阻碍了超疏油表面的发展。

自然界中很多生物都具有自清洁的作用。例如荷叶表面具有超疏水的性质，当水滴在上面滚动时可以带走叶子表面的灰尘。同样，水中的鱼也具有自清洁的作用，当鱼在水中自由游动时也可以保持自己表面的清洁。它表面的鳞片不仅可以降低对水流的摩擦，同样可以起到阻止细菌和污染物接触的作用。通过研究油性液滴在鱼表面的浸润性发现，鱼鳞在水下具有超疏油的性质。因此，仿生制备具有鱼鳞结构及性质的表面为制备新型的超疏油材料提供了一个新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服制备超疏油材料只能用含氟化合物的缺陷，提供一种不含氟的仿生结构的水下超疏油聚合物膜。

本发明的另一目的在于提供一种不含氟的仿生结构的水下超疏油聚合物膜的制备方法。

本发明的不含氟的仿生结构的水下超疏油聚合物膜是以鱼的鱼鳞作为天然模板，通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行一次赋形，得到具有鱼鳞负结构的模板，再用聚合物的单体溶液原位聚合进行二次赋形，得到具有鱼鳞结构的超疏油聚合物膜。该聚合物膜复制了鱼鳞的微纳米复合结构，在水下表现出超疏油的特性，即对油的接触角大于150°。

本发明的不含氟的仿生结构的水下超疏油聚合物膜是在聚合物膜的表面上具有鱼鳞表面的微纳米复合结构，该聚合物膜在水下吸水后发生溶涨，在聚合物膜表面形成一层水与聚合物共存的复合膜，该复合膜在水中表现出超疏油性，即复合膜对油的接触角大于150°。

所述的聚合物是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚N，N-二甲基丙烯酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚N-乙烯基己内酰胺中的一种或大于一种的混合物。

本发明的不含氟的仿生结构的水下超疏油聚合物膜是采用翻模的方法进行制备，该方法包括以下步骤：

1)将带有鱼鳞的鱼皮剥下，放入梯度酒精中脱水，然后放入烘箱中烘干，获得干燥的带有鱼鳞的鱼皮；

2)将聚二甲基硅氧烷与固化剂按照质量比为8∶1～15∶1的比例混合得到混合物，然后将混合物倒入步骤1)得到的带有鱼鳞一面的鱼皮上，在真空容器中抽真空后转移到温度为70～80℃的烘箱中固化；

3)将步骤2)固化后的聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物与带有鱼鳞的鱼皮剥离，得到表面具有鱼鳞反结构的固化的聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物模板；