[发明专利]一种3D打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法

说明书

本发明属于超疏水材料的技术领域，提供了一种3D打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法。该方法先制备氟化石墨烯气凝胶并研磨粉碎，然后与抗氧剂、润滑剂加入熔融聚碳酸酯中，混合均匀，再按照设定参数进行3D打印得到亚微米粗糙表面的多孔膜，并进一步在膜材表面修饰乙烯基，制得聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜。与传统方法相比，本发明制备的多孔膜，利用3D打印快速成型技术，过程简单易控，膜孔均匀有序，膜材机械稳定性好、形变能力强，同时具有优异的超疏水性能，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于超疏水材料的技术领域，提供了一种3D打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法。

背景技术

超疏水材料是指材料表面与水的接触角大于150°而滚动角小于10°的材料，构造超疏水表面主要有两种途径：在具有微纳米粗糙结构的表面修饰低表面能物质；在具有低表面能的物质表面构造微纳米粗糙结构。超疏水材料可以应用在自清洁、防雾、抗冰、减阻和油水分离等领域。

目前广泛应用的超疏水材料最主要分为超疏水分离网膜材料和超疏水三维多孔吸附材料，其中超疏水超亲油膜材料的基体多为金属和纺织物等网膜材料。在网膜表面修饰低表面能物质和构造微纳二元粗糙结构，其中大部分的构造方法是在网膜表面包覆纳米粒子层，得到超疏水多孔膜材料。

超疏水膜材料的超疏水表面的制备方法很多，包括刻蚀、电化学、化学气相沉积、模板挤压、电纺丝、化学腐蚀、相分离、溶胶凝胶、自组装等，但总是存在一些缺陷。3D打印作为快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这种简单快捷而环境友好的方式，制备有序的多孔超疏水膜，具有很好的应用价值。

中国发明专利申请号201810223141.8公开了一种超疏水多孔膜及其制备方法，结合了微模塑技术和相分离技术，将刮制完铸膜液的刮膜底板放入预设温度的水浴中进行相分离成膜，将成型的膜材料剥离，即得到超疏水多孔膜；其中的刮膜底板为采用倒模工艺制作的凹槽软模板，通过所述凹槽软模板制得的超疏水多孔膜具有大小一致、按规律排布的微米级表面凸起，相邻表面凸起之间的间距为微米级。该发明的缺陷是多孔膜的膜孔分散性差且易堵塞，膜材形变能力和机械稳定性差。

中国发明专利申请号20161023277公开了一种用于油水分离的超疏水多孔膜及其制备方法和用途，首先用砂纸在清洁干净的低密度聚乙烯薄片表面进行打磨，得到超疏水的低密度聚乙烯薄片；然后将该聚乙烯薄片进行固定，再使用不锈钢针在该聚乙烯薄片上进行阵列化的打孔，即可得到用于浓酸、浓碱、高盐环境下的油水分离的超疏水多孔膜。该发明制得的多孔膜的机械稳定性差，疏水性有待提高。

综上所述，现有技术的超疏水多孔膜，存在膜孔形成难以控制，均匀性差，并且膜材形变能力弱，机械稳定性差，疏水性有待提高等缺点，因此开发一种制备综合性能优异的超疏水多孔膜的方法，有着重要的意义。

发明内容

可见，现有技术的超疏水多孔膜，存在膜孔形成难以控制，均匀性差，并且膜材形变能力弱、机械稳定性差、疏水性有待提高等缺点。针对这种情况，本发明提出一种3D打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法，可有效保证膜孔的均匀性，同时提高多孔膜的形变能力和机械稳定性，并赋予膜材优异的疏水性能。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种3D打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法，所述超疏水多孔膜制备的具体步骤如下：

（1）将石墨烯粉末、交联剂加入去离子水中，分散均匀，然后置于密闭容器中，在高温及搅拌状态下通入氟气，反应完成后冷却出料，制得氟化石墨烯水凝胶；

（2）将步骤（1）制得的水凝胶真空冷冻干燥，得到气凝胶，再研磨为粒径50~200nm的粉末，制得氟化石墨烯气凝胶粉末；