本發(fā)明屬于超疏水材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚乙烯表面超疏水化的方法。

研究背景

自然界中存在多種生物具有超疏水性質(zhì)，例如荷葉表面的疏水現(xiàn)象使其表面的水珠在滾動(dòng)的同時(shí)也把荷葉表面的污染物帶走，從而起到自清潔的效果，這種效果是由荷葉表面的蠟狀物質(zhì)和微納米結(jié)構(gòu)引起的。目前關(guān)于超疏水材料的研究主要集中在聚合物材料和金屬材料上。

聚乙烯(PE)是一類通用高分子，價(jià)格低廉、環(huán)境友好、應(yīng)用廣泛，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性。盡管聚乙烯是疏水材料，但它與水的接觸角僅為112°左右，疏水性還不夠高，造成它在使用過程中容易被污染，不具備自清潔性。如果賦予聚乙烯超疏水性，必將大大提高其自清潔性、防污性、防水性以及抗腐蝕性等，從而使聚乙烯的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步的拓寬，有望在自清潔材料、減阻涂層、防腐蝕、防水、防霧、防污染等方面得到應(yīng)用。已報(bào)道的在聚乙烯薄膜上制備超疏水表面的方法主要有化學(xué)氣相沉積法、等離子刻蝕法、微相分離法、模板法等。這些方法存在成本高、工藝可控性和穩(wěn)定性差或所需儀器設(shè)備昂貴等缺陷。因此，很有必要發(fā)明一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉而又易于產(chǎn)業(yè)化的新方法。

聚四氟乙烯的表面能低，不粘附任何物質(zhì)，而且抗酸抗堿，耐各種有機(jī)溶劑。如果將聚四氟乙烯旋涂到聚乙烯表面，可以提高聚乙烯表面的疏水性，顯著提高聚乙烯的抗污染性和抗酸抗堿以及耐有機(jī)溶劑的性能。不過，聚四氟乙烯低表面能的特性，使得它與聚乙烯之間的粘接性能很差。這限制了聚四氟乙烯用于聚乙烯的表面改性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚乙烯表面超疏水化的方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種聚乙烯表面超疏水化的方法，包括如下步驟：

(1)先后用正己烷、甲醇和去離子水清洗聚乙烯材料的表面各三次，然后在60～100℃下風(fēng)干；

(2)將適量的聚乙烯–b–聚四氟乙烯兩嵌段物(PE-b-PTFE)加入甲苯中，加熱、攪拌，配成質(zhì)量濃度為0.1～2wt％的PE-b-PTFE溶液；

(3)將聚乙烯材料固定在旋轉(zhuǎn)裝置上，趁熱將PE-b-PTFE溶液倒在其表面；立即啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置，以2000～5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度保持旋轉(zhuǎn)10～60秒，使PE-b-PTFE溶液均勻涂覆于聚乙烯表面；然后將聚乙烯材料在60～100℃下風(fēng)干；

(4)將表面涂覆了PE-b-PTFE的聚乙烯置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在70～130℃退火處理0.001～10小時(shí)，實(shí)現(xiàn)聚乙烯表面的超疏水化。

本發(fā)明中，所述的聚乙烯–b–聚四氟乙烯兩嵌段物中：聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為39～114，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為3～8。

本發(fā)明中，所述步驟(2)中的加熱溫度為50～120℃。

本發(fā)明中，所述聚乙烯材料是片材、薄膜或塊料中的任意一種。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理：

本發(fā)明以聚乙烯–b–聚四氟乙烯兩嵌段物(PE-b-PTFE)為聚乙烯表面超疏水改性劑，利用兩嵌段物中聚乙烯鏈段與聚乙烯基體相似相容的特點(diǎn)以及它們?cè)诮Y(jié)晶過程中能夠形成共晶而使得聚四氟乙烯鏈段能夠牢牢地“錨定”在聚乙烯的表面，從而使得聚四氟乙烯在聚乙烯表面富集并賦予聚乙烯表面超疏水的特性。

聚乙烯表面超疏水改性劑的制備方法可參見中國(guó)專利文獻(xiàn)“聚乙烯-b-聚四氟乙烯兩嵌段物及其制備方法”(ZL201310468015.6)中的說明。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

采用本發(fā)明提供的方法制備的聚乙烯表面與水的接觸角范圍在144～151.4°之間，滾動(dòng)角范圍在1～10°之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的聚乙烯表面超疏水化的方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、無需昂貴的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述聚乙烯表面超疏水化的方法，包括如下步驟：

(1)先后用正己烷、甲醇和去離子水清洗聚乙烯材料的表面各三次，然后在60～100℃下風(fēng)干；

(2)將適量的聚乙烯–b–聚四氟乙烯兩嵌段物(PE-b-PTFE)加入甲苯中，加熱、攪拌，配成質(zhì)量濃度為0.1～2wt％的PE-b-PTFE溶液；

(3)將聚乙烯材料固定在旋轉(zhuǎn)裝置上，趁熱將PE-b-PTFE溶液倒在其表面；立即啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置，以2000～5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度保持旋轉(zhuǎn)10～60秒，使PE-b-PTFE溶液均勻涂覆于聚乙烯表面；然后將聚乙烯材料在60～100℃下風(fēng)干；

(4)將表面涂覆了PE-b-PTFE的聚乙烯置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在70～130℃退火處理0.001～10小時(shí)，實(shí)現(xiàn)聚乙烯表面的超疏水化。

實(shí)施例1

1)薄膜狀的聚乙烯(線性低密度聚乙烯，重均分子量為5.04×10⁵，分子量分布指數(shù)為4.8，1-己烯結(jié)構(gòu)單元的含量為3.6mol％)，先后用正己烷、甲醇和去離子水清洗聚乙烯材料的表面各三次，然后在60℃下風(fēng)干；

2)將0.1克PE-b-PTFE(其中聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為39，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為6)加入10mL甲苯中，加熱至80℃、攪拌，配成濃度為1wt％的溶液；

3)趁熱將PE-b-PTFE溶液倒到聚乙烯的表面，隨后馬上以5000轉(zhuǎn)/分鐘的速度使聚乙烯旋轉(zhuǎn)20秒，使PE-b-PTFE溶液均勻涂覆于聚乙烯表面，最后在60℃下風(fēng)干。

4)將表面涂覆了PE-b-PTFE的聚乙烯置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于110℃退火10小時(shí)，由此實(shí)現(xiàn)了聚乙烯表面的超疏水化。

經(jīng)測(cè)試，聚乙烯表面與水的接觸角為151.4°，滾動(dòng)角為1°。

實(shí)施例2

改變PE-b-PTFE的種類，其中聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為57，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為6，其余條件同實(shí)施例1。

經(jīng)測(cè)試，聚乙烯表面與水的接觸角為150.0°，滾動(dòng)角為5°。

實(shí)施例3

改變PE-b-PTFE的種類，其中聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為114，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為6，其余條件同實(shí)施例1。

經(jīng)測(cè)試，聚乙烯表面與水的接觸角為144.0°，滾動(dòng)角為10°。

實(shí)施例4

1)片狀的聚乙烯(高密度聚乙烯，重均分子量為1×10⁶，分子量分布指數(shù)為5.6)，先后用正己烷、甲醇和去離子水清洗聚乙烯材料的表面各三次，然后在100℃下風(fēng)干；

2)將0.2克PE-b-PTFE(其中聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為39，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為3)加入10mL甲苯中，加熱至50℃、攪拌，配成濃度為2wt％的溶液；

3)趁熱將PE-b-PTFE溶液倒到聚乙烯的表面，隨后馬上以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度使聚乙烯旋轉(zhuǎn)60秒，使PE-b-PTFE溶液均勻涂覆于聚乙烯表面，最后在100℃下風(fēng)干。

4)將表面涂覆了PE-b-PTFE的聚乙烯置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于130℃退火0.001小時(shí)，由此實(shí)現(xiàn)了聚乙烯表面的超疏水化。

經(jīng)測(cè)試，聚乙烯表面與水的接觸角為150.1°，滾動(dòng)角為2°。

實(shí)施例5

1)塊狀的聚乙烯(低密度聚乙烯，重均分子量為1×10⁴，分子量分布指數(shù)為2.8)，先后用正己烷、甲醇和去離子水清洗聚乙烯材料的表面各三次，然后在80℃下風(fēng)干；

2)將0.01克PE-b-PTFE(其中聚乙烯鏈段中乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為114，聚四氟乙烯鏈段中四氟乙烯結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)數(shù)為8)加入10mL甲苯中，加熱至120℃、攪拌，配成濃度為0.1wt％的溶液；

3)趁熱將PE-b-PTFE溶液倒到聚乙烯的表面，隨后馬上以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速度使聚乙烯旋轉(zhuǎn)10秒，使PE-b-PTFE溶液均勻涂覆于聚乙烯表面，最后在80℃下風(fēng)干。

4)將表面涂覆了PE-b-PTFE的聚乙烯置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于70℃退火6小時(shí)，由此實(shí)現(xiàn)了聚乙烯表面的超疏水化。

經(jīng)測(cè)試，聚乙烯表面與水的接觸角為150.5°，滾動(dòng)角為10°。

本發(fā)明提供的方法可以有效地賦予聚乙烯表面超疏水性，提高聚乙烯的自清潔性、防污性、防水性以及抗腐蝕性等，從而使聚乙烯的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步的拓寬，有望在自清潔材料、減阻涂層、防腐蝕、防水、防霧、防污染等方面得到應(yīng)用。