PET薄膜超疏水改性研究

PET薄膜超疏水改性研究

陈早;沈志妹;管自生

【摘要】以正硅酸乙酯(TEOS)、乙醇、氨水为原料合成SiO2溶胶.通过浸渍提拉涂膜工艺,在经空气等离子体改性后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上制备SiO2涂层,最后利用全氟癸基三氯硅烷(FAS)对其表面进行修饰形成透明超疏水表面.研究了提拉速度对膜层疏水性和透过率的影响.结果表明,以提拉速度2.0 mm/s 镀SiO2涂层时,经修饰后样品对水的接触角高达168°,且透过率在可见光范围内最高也可达到86％.超疏水薄膜在中性及微酸性条件下有着较好的稳定性,浸泡10d 表面接触角仍大于150°.经过多种耐磨测试,薄膜的接触角有所下降但仍大于120°.【期刊名称】《现代塑料加工应用》

【年(卷),期】2016(028)003

【总页数】4页(P12-15)

【关键词】超疏水;透明;聚对苯二甲酸乙二醇酯;薄膜;溶胶-凝胶

【作者】陈早;沈志妹;管自生

【作者单位】南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京,210009;南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京,210009

【正文语种】中文

水对固体表面的接触角是表面润湿性的重要衡量标准,通常将水接触角大于150°而

滚动角小于10°的表面称为超疏水表面。超疏水表面具有超疏水、自清洁、防污、减阻等特性，在日常生活和工农业生产中有着巨大潜在的应用前景[1-2]。在透明

基底上构造出超疏水表面，对玻璃仪器、太阳能电池板、医疗设备有着潜在的应用价值[3]。但多数研究都是以耐高温的玻璃片为基底，很少以透明聚合物为基底制

备超疏水表面。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是一种常用的工程塑料膜，具有

透明、耐化学腐蚀及强韧性等优异性能，在日常生活及工业生产中有着广泛的应用，若能赋予其超疏水自清洁性，将使其具有更广阔的应用前景。

下面报道了一种在常温下，在经空气等离子改性的PET薄膜上，制备出具有透明

性和稳定性的超疏水薄膜。该方法不仅具有操作较简单，可重复性强，周期短，便于工业化生产等优点，还适用于各种柔性薄膜基底，为以后在透明聚合物上制备透明超疏水表面提供了重要思路。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

正硅酸乙酯(TEOS)，分析纯，国药集团；无水乙醇，分析纯，无锡亚盛化工；氨

水(质量分数25%～28%)，分析纯；盐酸，氢氧化钠，均为分析纯，上海凌峰化

学试剂厂；去离子水，自制；正己烷，分析纯，上海试四赫维化工；全氟癸基三氯硅烷(FAS)，分析纯，北京依诺凯科技有限公司；PET薄膜(250 mm×150 mm),深圳有机电子有限公司。

等离子体处理仪，CTP-2000K，南京苏曼电子有限公司；电热鼓风干燥器，

HGH101-1，南京实验仪器厂；提拉涂膜机、手套箱(800 mm×500 mm×600 mm)，自制；磁力加热搅拌器，HJ-4A，常州国华电器；数控超声波清洗器，

KH5200DB，昆山仪器公司；超纯水机，UP-3L，南京前沿仪器设备公司。

1.2 透明超疏水薄膜的制备

以TEOS、无水乙醇和去离子水为原料，以氨水(0.24 mol/L)为催化剂。取乙醇

21.62 g分为两份(等质量)，一份与8.11 g TEOS混合，室温下磁力搅拌30 min 配成A溶液；另一份与5.30 g去离子水及0.50 g氨水混合配成B溶液。当A溶液搅拌30 min后继续搅拌，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，然后密封，室温下再搅拌2 h，搅拌完成后，室温陈化4 d，得到SiO2溶胶。以正己烷为溶剂配制质量分数为1% FAS修饰剂。

将PET薄膜剪成50 mm×20 mm矩形小块。再用无水乙醇超声清洗10 min，去除表面可能存在的油渍及脏物，随后用离子水洗涤，然后在70 ℃烘干2 h备用。再将备用的薄膜，在空气的气氛下，对膜以200 W功率等离子体处理60 s。采用浸渍提拉法镀膜方式，将经等离子体改性过的PET薄膜在SiO2溶胶中提拉镀膜。提拉速度分别设定为0.5，2.0，5.0 mm/s，提拉后的样品在70 ℃的烘箱中加热2 h。最后，再将PET薄膜放在FAS的修饰剂中进行液相修饰30 min，取出在80 ℃下烘干6 h，即得到透明超疏水PET薄膜。

1.3 样品的表征和测试

使用UV-3600紫外可见吸收光谱仪(上海棱光Shimadzu)对薄膜的透过率进行测定。薄膜的表面形貌由Hitachi S-4800场发射扫描电子显微镜(日本日立公司)表征，水滴与薄膜之间的接触角用JC2000C型接触角测量仪(上海中晨Powereach®)测量。

通过手指摁压、胶带粘附、用剪刀划擦3种方式来探讨透明超疏水PET薄膜的耐磨性能。具体测试操作:1) 利用大拇指对透明超疏水PET薄膜的同一区域进行20次摁压;2)用胶带粘附在PET表面，随后用力撕开，来回5次;3)采用划格法用剪刀以直角网格图形切割薄膜，来回20次。

2 结果与讨论

2.1 薄膜的形貌分析

图1是制备透明超疏水PET薄膜不同时期的表面形貌。

图1 改性的PET薄膜不同时期表面形貌

图1(a)所示为在等离子处理的条件下，PET表面出现了大量无定向性的沟槽网络状结构。当以2.0 mm/s的速度经SiO2溶胶提拉过后，被改性的PET表面被一层均匀SiO2颗粒覆盖了，如图1(b)所示。图1(c)～(d)显示的是经FAS修饰后在不同放大倍率下PET薄膜的表面形貌。可以看到修饰后表面有少量的大颗粒存在，其余形貌几乎没变化。

2.2 提拉速度对薄膜疏水性和透明性的影响

由于浸渍提拉速度增加，膜层非均匀效应也逐渐增大。所以采用相对较低的提拉速度。图2是经不同速度提拉PET薄膜的透过率变化。

图2 不同提拉速度下薄膜的紫外可见吸收光谱━2.0 mm/s;━未改性;━0.5

mm/s;━5.0 mm/s

从图2可以看出，PET薄膜的本征透过率在可见光范围内最高达到88%，当设定提拉速度分别为0.5 mm/s和5.0 mm/s时，样品透过率在400～550 nm波段内较未改性PET薄膜透过率降低。但当提拉速度设定为2.0 mm/s时，在波段400～550 nm，呈现出增透现象，最大透光率高达90%，在550～700 nm透过率曲线几乎与未改性PET薄膜透过率曲线重合，这表明薄膜透过率并非随提拉速度成线性关系，可能是当2.0 mm/s提拉时，薄膜的厚度接近400～550 nm波长的四分之一[4]，所以有较好的增透效应。

图3所示的是提拉速度为2.0 mm/s制备的薄膜样品修饰前后吸收光谱的曲线。图3 镀膜后PET薄膜修饰前后的紫外可见吸收光谱

在可见光范围内，修饰后的样品透光率最高可达86%，较修饰前平均下降了约4%。经SEM[图1(c)]观察到，修饰后的样品表面存在少量的大颗粒物质。这些大颗粒的存在是导致PET薄膜透过率下降的原因。

图4分别为不同提拉速度制备的SiO2涂层修饰前和修饰后润湿性的情况。由于