RU2784064C1 - Method for producing polymer films with variable wettability - Google Patents
Method for producing polymer films with variable wettability Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784064C1 RU2784064C1 RU2021139480A RU2021139480A RU2784064C1 RU 2784064 C1 RU2784064 C1 RU 2784064C1 RU 2021139480 A RU2021139480 A RU 2021139480A RU 2021139480 A RU2021139480 A RU 2021139480A RU 2784064 C1 RU2784064 C1 RU 2784064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- properties
- acetone
- hydrophobic
- film
- polyethylene oxide
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 title claims abstract description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 210000003411 telomere Anatomy 0.000 abstract 2
- 102000055501 telomere Human genes 0.000 abstract 2
- 108091035539 telomere Proteins 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical group C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000272186 Falco columbarius Species 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000012711 chain transfer polymerization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical group 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001432 poly(L-lactide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N triethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области химии полимерных и композиционных материалов и может найти применение для получения полимерных покрытий, смачиваемостью которых можно управлять с помощью изменения температуры, меняя свойства покрытий от супергидрофильных к супергидрофобным и обратно.The invention relates to the field of chemistry of polymeric and composite materials and can be used to obtain polymer coatings, the wettability of which can be controlled by changing the temperature, changing the properties of coatings from superhydrophilic to superhydrophobic and vice versa.
В настоящее время большой интерес вызывают так называемые умные поверхностей с переключаемой смачиваемостью, их способность переходить от супергидрофильных свойств к супергидрофобным и наоборот позволяет применять их в различных областях промышленности. Так подбор смачиваемости важен при создании влагостойких, морозостойких, а также набирающих популярность самоочищающихся покрытий. Кроме того, широкий интерес представляет собой применение данных покрытий в медицине, биосенсорах и умных тканях. Изменение смачиваемости покрытий может регулироваться светом, температурой, рН, электромагнитным полем и т.д., при этом температура среди них является наиболее распространенным и легким методом для практического применения.Currently, the so-called smart surfaces with switchable wettability are of great interest, their ability to switch from superhydrophilic to superhydrophobic properties and vice versa allows them to be used in various industries. So the selection of wettability is important when creating moisture-resistant, frost-resistant, as well as self-cleaning coatings that are gaining popularity. In addition, the use of these coatings in medicine, biosensors, and smart tissues is of great interest. Changes in the wettability of coatings can be controlled by light, temperature, pH, electromagnetic field, etc., and among them, temperature is the most common and easy method for practical application.
Одним из таких известных способов получения таких пленок является получение полимерного покрытия методом электроспиннинга [Sh.-Y. Gu et. al. «Switchable wettability of thermo-responsive biocompatible nanofibrous films created by electrospinning» // Macromol. Mater. Eng., 2010, V.295, pp. 32-36]. Для этого поли-N-изопропилакриламид и поли-L-лактид растворяли в смеси хлороформа, дихлорметана и диметилформамида путем перемешивания в течение 12 часов при комнатной температуре до получения однородных растворов. Растворы помещали в шприц с прикрепленным металлическим капилляром с находящимся напротив него электродом. При постоянной скорости потока раствора и приложенном напряжении, равном 15 кВ, методом электропрядения были получены пленки на плоской алюминиевой фольге, которые вакуумировали в течение 24 часов. Полученный материал обладал изменчивой смачиваемостью. При 20°С контактный угол пленки был ниже 20°, в то время как при повышении температуры до 50°С контактный угол становился выше 130°. Недостатком данного метода является сложность его осуществления, необходимость использования специфического оборудования и длительность процесса.One of such well-known methods for obtaining such films is the production of a polymer coating by electrospinning [Sh.-Y. Guet. al. "Switchable wettability of thermo-responsive biocompatible nanofibrous films created by electrospinning" // Macromol. mater. Eng., 2010, V.295, pp. 32-36]. To do this, poly-N-isopropylacrylamide and poly-L-lactide were dissolved in a mixture of chloroform, dichloromethane and dimethylformamide by stirring for 12 hours at room temperature until homogeneous solutions were obtained. The solutions were placed into a syringe with an attached metal capillary with an electrode opposite it. At a constant solution flow rate and an applied voltage of 15 kV, films were obtained by electrospinning on flat aluminum foil, which were evacuated for 24 hours. The resulting material had variable wettability. At 20°C, the contact angle of the film was below 20°, while as the temperature increased to 50°C, the contact angle became higher than 130°. The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, the need to use specific equipment and the duration of the process.
Еще одним из известных способов является метод распыления суспензии диоксида кремния [X.Zhang et. al. «Superhydrophobic and superoleophilic Nanoparticle Film: Synthesis and Reversible Wettability Switching Behavior» // Appl. Mater. Interfaces, 2012, V. 4, pp. 1742-1746], в котором гидрофобные наночастицы SiO2, химически модифицированые с помощью хлортриметилсилана, были диспергированы в растворе тетрагидрофурана с последующим добавлением в раствор винил-терминированного полидиметилсилоксана и перемешиванием смеси в течение 30 минут. Суспензию распыляли на стеклянную подложку сжатым воздухом под давлением 0,4 МПа и сушили при комнатной температуре до полного испарения растворителя. При комнатной температуре полученная пленка проявляет гидрофобные свойства и имеет контактный угол равный 168°, для перехода материала к гидрофильным свойствам необходимо понижение температуры до -15°С, тогда контактный угол становится около 5°.Another known method is the silica slurry spray method [X.Zhang et. al. "Superhydrophobic and superoleophilic Nanoparticle Film: Synthesis and Reversible Wettability Switching Behavior" // Appl. mater. Interfaces, 2012, v. 4, pp. 1742-1746], in which hydrophobic SiO 2 nanoparticles chemically modified with chlorotrimethylsilane were dispersed in a tetrahydrofuran solution, followed by adding vinyl-terminated polydimethylsiloxane to the solution and stirring the mixture for 30 minutes. The suspension was sprayed onto a glass substrate with compressed air at a pressure of 0.4 MPa and dried at room temperature until the solvent was completely evaporated. At room temperature, the resulting film exhibits hydrophobic properties and has a contact angle of 168°, for the transition of the material to hydrophilic properties, it is necessary to lower the temperature to -15°C, then the contact angle becomes about 5°.
Основным недостатком метода является низкотемпературный режим перехода от гидрофобных к гидрофильным свойствам материала, что ограничивает использования данного метода.The main disadvantage of the method is the low-temperature transition from hydrophobic to hydrophilic properties of the material, which limits the use of this method.
Известным способом является получение умной поверхности с изменчивой смачиваемостью, основанной на сополимере акриламида с акрилонитрилом [L. Chen et. al. «Building up a smart surface with converse temperature dependent wettability base on poly(acrylamide-co-acrylonitrile)» // Chem. Commun, 2020, V.56, pp. 2837-2840]. Для этого раствор сополимера акриламида с акрилонитрилом, полученный методом полимеризации с обратимой передачей цепи, в деионизированной воде наносят на пластину из пористого анодного оксида алюминия, нагревают, и далее пластину покрывают 1H,1Н,2Н,2Н-перфтороктилтриэтоксисиланом. Полученное покрытие проявляет свойства умной поверхности с изменчивой смачиваемостью. При повышении температуры поверхности с 30°С до 80°С контактный угол понижается с 103° до 60° и наоборот. Недостатком заявленного метода является низкое изменение контактного угла.A known method is to obtain a smart surface with variable wettability, based on a copolymer of acrylamide with acrylonitrile [L. Chen et. al. "Building up a smart surface with converse temperature dependent wettability base on poly(acrylamide-co-acrylonitrile)" // Chem. Commun, 2020, V.56, pp. 2837-2840]. To do this, a solution of acrylamide-acrylonitrile copolymer obtained by reverse chain transfer polymerization in deionized water is applied to a plate of porous anodic alumina, heated, and then the plate is coated with 1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane. The resulting coating exhibits smart surface properties with variable wettability. As the surface temperature rises from 30°C to 80°C, the contact angle decreases from 103° to 60° and vice versa. The disadvantage of the claimed method is the low change in the contact angle.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является получение блок-сополимерных пленок на основе полиэтиленоксида с полидиметилсилоксаном [R.L.Davis et.al. «Coatings with thermally switchable surface energy produced from poly(ethylene oxide)-poly(dimethylsiloxane) block copolymer films» //J. of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 2016, V.54, pp. 135-140]. Согласно описанному методу полиэтиленоксид и полидиметилсилоксан растворяют в толуоле, полиэтиленкосид при этом добавляют в стехиометрическом избытке, чтобы гарантировать, что все гидридные концевые группы прореагируют до завершения синтеза. В раствор добавляют платиновый катализатор Карстеда. Реакция протекает в течение ночи при комнатной температуре. Избыток непрореагировавшего полиэтиленоксида удаляют промывкой реакционной смеси водой (3-5 раз). Очищенный блок-сополимер собирают путем удаления растворителей из эмульсии сначала в потоке N2, затем в вакууме. Пленки полиэтиленоксид-полидиметилсилоксанового блок-сополимера готовят путем капельного литья раствора полимера или простым плавлением при 100°С на кремниевых пластинах. Оба метода дают пленки толщиной 40-80 мкм. Для контроля смачиваемости пленок их помещают на горячую плиту и нагревают до 80°С в течение 15 минут. Далее для приготовления гидрофобной поверхности пленку охлаждают на воздухе окружающей среды до комнатной температуры, такие же гидрофобные свойства проявляются при отжиге и охлаждении пленки под вакуумом. Для получения гидрофильных свойств пленку также отжигают при 80°С в течение 15 минут, а затем охлаждают до комнатной температуры, но во влажной атмосфере с насыщенным водяным паром. Полученные гидрофобные пленки имеют контактный угол равный 90°, а у гидрофильных пленок контактный угол достигает 30-40°. Смачиваемость пленок обратима и может изменяться с гидрофильной в гидрофобную и обратно, для чего пленку необходимо нагреть выше 64°С и затем охладить в требуемых условиях.Closest to the claimed invention in technical essence is the production of block copolymer films based on polyethylene oxide with polydimethylsiloxane [RLDavis et.al. “Coatings with thermally switchable surface energy produced from poly(ethylene oxide)-poly(dimethylsiloxane) block copolymer films” //J. of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 2016, V.54, pp. 135-140]. According to the method described, the polyethylene oxide and polydimethylsiloxane are dissolved in toluene, while the polyethylene oxide is added in a stoichiometric excess to ensure that all hydride end groups have reacted to completion of the synthesis. Karsted's platinum catalyst is added to the solution. The reaction proceeds overnight at room temperature. Excess unreacted polyethylene oxide is removed by washing the reaction mixture with water (3-5 times). The purified block copolymer is collected by removing the solvents from the emulsion, first under N 2 flow, then under vacuum. Films of polyethylene oxide-polydimethylsiloxane block copolymer are prepared by drop casting of a polymer solution or by simple melting at 100°C on silicon wafers. Both methods give films with a thickness of 40-80 µm. To control the wettability of the films, they are placed on a hot plate and heated to 80°C for 15 minutes. Further, to prepare a hydrophobic surface, the film is cooled in ambient air to room temperature; the same hydrophobic properties appear during annealing and cooling of the film under vacuum. To obtain hydrophilic properties, the film is also annealed at 80°C for 15 minutes and then cooled to room temperature, but in a humid atmosphere with saturated water vapor. The resulting hydrophobic films have a contact angle of 90°, and for hydrophilic films, the contact angle reaches 30-40°. The wettability of the films is reversible and can change from hydrophilic to hydrophobic and vice versa, for which the film must be heated above 64°C and then cooled under the required conditions.
Основным недостатком известного метода является сложность переключения смачиваемости пленок, необходимость соблюдения определенных условий влажности при охлаждении пленки для получения нужных свойств, а также невысокие значения краевых углов смачивания при гидрофобности и гидрофильности пленок.The main disadvantage of the known method is the complexity of switching the film wettability, the need to comply with certain humidity conditions when cooling the film to obtain the desired properties, as well as low contact angles for the hydrophobicity and hydrophilicity of the films.
Задачей изобретения является создание рентабельного и простого в использовании способа получения «умных» полимерных пленок с изменчивой смачиваемостью.The objective of the invention is to provide a cost-effective and easy-to-use method for producing "smart" polymer films with variable wettability.
Технический результат заявляемого способа заключается в упрощении способа получения полимерных пленок, обладающих способностью переходить от гидрофобных свойств к гидрофильным и обратно, снижение времени процесса получения.The technical result of the proposed method is to simplify the method of obtaining polymer films with the ability to move from hydrophobic to hydrophilic properties and vice versa, reducing the time of the production process.
Технический результат достигается способом получения полимерной системы на основе смеси полиэтиленоксида и теломеров тетрафторэтилена с последующим нанесением полученного полимера на стеклянную подложку, дальнейшей сушкой пленки от растворителя и активацией цепей теломеров тетрафторэтилена нагреванием пленки до 130°С в течение 45 мин, и последующим быстрым охлаждением для предотвращения разрушения полиэтиленоксида. Пленки, полученные заявляемым способом, характеризуются способностью перехода от гидрофильных свойств к гидрофобным и обратно.The technical result is achieved by a method for obtaining a polymer system based on a mixture of polyethylene oxide and tetrafluoroethylene telomers, followed by applying the resulting polymer to a glass substrate, further drying the film from the solvent and activating the tetrafluoroethylene telomer chains by heating the film to 130°C for 45 minutes, and subsequent rapid cooling to prevent destruction of polyethylene oxide. The films obtained by the claimed method are characterized by the ability to transition from hydrophilic to hydrophobic properties and vice versa.
Способ получения пленок осуществляют следующим образом.The method of obtaining films is carried out as follows.
Полиэтиленоксид (ПЭО) высокомолекулярный растворяют в ацетоне для получения 2,5% раствора, путем перемешивания до полного растворения твердого вещества. Затем к раствору добавляют теломеры тетрафторэтилена в ацетоне (12,5% теломеров тетрафторэтилена к массе раствора) в количестве, соответствующем массовому соотношению ПЭО/теломер равному 1. Полученная система представляет собой белое воскообразное вещество. Далее полученный полимер наносят толщиной, не превышающей 0,1-0,2 мм, на стеклянную подложку и сушат для удаления ацетона. Высушенную пленку нагревают до 130°С в течение 45 мин, а затем быстро охлаждают. Такой подход позволяет с одной стороны активировать цепи теломеров тетрафторэтилена, с другой - предотвращает разрушение ПЭО под действием атмосферного кислорода и сохраняет гидрофильные свойства системы.Polyethylene oxide (PEO) high molecular weight is dissolved in acetone to obtain a 2.5% solution, by stirring until complete dissolution of the solid. Then tetrafluoroethylene telomers in acetone (12.5% tetrafluoroethylene telomers by weight of solution) are added to the solution in an amount corresponding to a PEO/telomer weight ratio of 1. The resulting system is a white waxy substance. Next, the resulting polymer is applied with a thickness not exceeding 0.1-0.2 mm on a glass substrate and dried to remove acetone. The dried film is heated to 130° C. for 45 minutes and then rapidly cooled. This approach makes it possible, on the one hand, to activate tetrafluoroethylene telomer chains, and, on the other hand, it prevents the destruction of PEO under the action of atmospheric oxygen and preserves the hydrophilic properties of the system.
Оценку смачиваемости пленки исследовали методом лежащей капли на приборе DSA100 (Krüss, Германия). Изменение свойств поверхности материала изучали при нагревании от 30°С до 140°С с шагом в 5°С, а в диапазоне активации и изменения свойств шаг составлял 1°С. После активации системы пленки обладают высокими гидрофильными свойствами при низких температурах, и капля воды, помещенная на полимерную пленку, растекается по ее поверхности. Нагревание пленки приводит к появлению гидрофобных свойств, уже при нагреве до 39°С проявляются первые признаки гидрофобности. Наиболее активна пленка становится при 60°С, при которой система демонстрирует контактный угол равный 140°. При охлаждении поверхности материал возвращается к своим гидрофильным свойствам.The film wettability was studied by the sessile drop method on a DSA100 instrument (Krüss, Germany). The change in the properties of the surface of the material was studied during heating from 30°C to 140°C in steps of 5°C, and in the range of activation and change in properties, the step was 1°C. After activation of the system, the films have high hydrophilic properties at low temperatures, and a drop of water placed on the polymer film spreads over its surface. Heating the film leads to the appearance of hydrophobic properties, already when heated to 39°C, the first signs of hydrophobicity appear. The film becomes most active at 60°C, at which the system exhibits a contact angle of 140°. When the surface is cooled, the material returns to its hydrophilic properties.
Структурные изменения поверхности пленок изучали методом растровой электронной микроскопии на приборе Zeiss Merlin (Carl Zeiss, Германия), с приставкой для энергодисперсионного анализа GEMINI-II (Carl Zeiss, Германия).Structural changes in the film surface were studied by scanning electron microscopy on a Zeiss Merlin instrument (Carl Zeiss, Germany) equipped with a GEMINI-II energy dispersive analysis attachment (Carl Zeiss, Germany).
Возможность конкретного осуществления изобретения подтверждается следующими примерами.The possibility of a specific implementation of the invention is confirmed by the following examples.
Пример 1.Example 1
ПЭО растворяют в ацетоне и перемешивают до полного растворения твердого вещества, получая 2,5% концентрацию раствора полимера. Затем к раствору добавляют 12,5% раствор теломеров тетрафторэтилена в ацетоне для получения соотношения ПЭО:теломеры как 1:1. Полученное белое воскообразное вещество наносят на стеклянную подложку, чтобы толщина слоя полимера не превышала 0,1-0,2 мм, и сушат для удаления ацетона. Высушенную пленку нагревают до 130°С в течение 45 мин, а затем быстро охлаждают.PEO is dissolved in acetone and stirred until complete dissolution of the solid, obtaining a 2.5% concentration of the polymer solution. Then, a 12.5% solution of tetrafluoroethylene telomers in acetone was added to the solution to obtain a PEO:telomer ratio of 1:1. The resulting white waxy substance is applied to a glass substrate so that the thickness of the polymer layer does not exceed 0.1-0.2 mm, and dried to remove acetone. The dried film is heated to 130° C. for 45 minutes and then rapidly cooled.
Полученная пленка при низких температурах проявляет гидрофильные свойства с контактным углом равном 16,4°. При нагревании пленки выше 39°С начинали проявляться ее гидрофобные свойства, а при достижении 60°С система обладала полностью гидрофобными свойствами с контактным углом равном 140°. При последующем охлаждении пленки, система возвращалась к гидрофильным свойствам.The resulting film exhibits hydrophilic properties at low temperatures with a contact angle of 16.4°. When the film was heated above 39°С, its hydrophobic properties began to appear, and when 60°С was reached, the system had completely hydrophobic properties with a contact angle of 140°. Upon subsequent cooling of the film, the system returned to hydrophilic properties.
Пример 2Example 2
ПЭО растворяют в ацетоне и перемешивают до полного растворения твердого вещества, получая 2,5% концентрацию раствора полимера. Затем к раствору добавляют 12,5% раствор теломеров тетрафторэтилена в ацетоне для получения соотношений ПЭО:теломеры 2:1,8 (избыток ПЭО). Полученное белое воскообразное вещество наносят на стеклянную подложку, чтобы толщина слоя полимера не превышала 0,1-0,2 мм, и сушат для удаления ацетона. Высушенную пленку нагревают до 130°С в течение 45 мин, а затем быстро охлаждают.PEO is dissolved in acetone and stirred until complete dissolution of the solid, obtaining a 2.5% concentration of the polymer solution. Then a 12.5% solution of tetrafluoroethylene telomers in acetone was added to the solution to obtain PEO:telomer ratios of 2:1.8 (excess PEO). The resulting white waxy substance is applied to a glass substrate so that the thickness of the polymer layer does not exceed 0.1-0.2 mm, and dried to remove acetone. The dried film is heated to 130° C. for 45 minutes and then rapidly cooled.
Полученная пленка проявляла такой же переход от гидрофильных свойств к гидрофобным и обратно, как и в примере 1.The resulting film showed the same transition from hydrophilic properties to hydrophobic and vice versa, as in example 1.
Пример 3Example 3
ПЭО растворяют в ацетоне и перемешивают до полного растворения твердого вещества, получая 2,5% концентрацию раствора полимера. Затем к раствору добавляют 12,5% раствор теломеров тетрафторэтилена в ацетоне для получения соотношений ПЭО:теломеры 1:1,6 (избыток теломеров). Полученное белое воскообразное вещество наносят на стеклянную подложку, чтобы толщина слоя полимера не превышала 0,1-0,2 мм, и сушат для удаления ацетона. Высушенную пленку нагревают до 130°С в течение 45 мин, а затем быстро охлаждают.PEO is dissolved in acetone and stirred until complete dissolution of the solid, obtaining a 2.5% concentration of the polymer solution. A 12.5% solution of tetrafluoroethylene telomers in acetone is then added to the solution to obtain PEO:telomer ratios of 1:1.6 (excess telomers). The resulting white waxy substance is applied to a glass substrate so that the thickness of the polymer layer does not exceed 0.1-0.2 mm, and dried to remove acetone. The dried film is heated to 130° C. for 45 minutes and then rapidly cooled.
Полученная пленка проявляла такой же переход от гидрофильных свойств к гидрофобным и обратно, как и в примере 1.The resulting film showed the same transition from hydrophilic properties to hydrophobic and vice versa, as in example 1.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2784064C1 true RU2784064C1 (en) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101056957A (en) * | 2004-11-02 | 2007-10-17 | 纳幕尔杜邦公司 | Fluoropolymer coatings containing telomers |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101056957A (en) * | 2004-11-02 | 2007-10-17 | 纳幕尔杜邦公司 | Fluoropolymer coatings containing telomers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Raleigh L. Davis, Richard A. Register "Coatings with Thermally Switchable Surface Energy Produced from Poly(ethylene oxide)-poly(dimethylsiloxane) Block Copolymer Films", Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 54(2), 135-140. DOI: 10.1002/polb.23806. В.Г. Назаров, Ф.А. Доронин, А.Г. Евдокимов, Г.О. Рытиков, В.П. Столяров "Регулируемое оксифторированием изменение смачиваемости поверхности полимерных пленок", Коллоидный журнал, 2019, том 81, 2, стр. 212-223, DOI: 10.1134/S0023291219020113. D.P. Kuryukhin, G.A. Kichigina, V.M. Bouznik "Tetrafluoroethylene Telomers: Radiation-Initiated Chemical Synthesis, Properties, and Application Prospects", POLYMER SCIENCE, Series A, Vol. 55, No. 11, 2013, p. 631-642, DOI: 10.1134/S0965545X13110011. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Macroscopic layered organogel–hydrogel hybrids with controllable wetting and swelling performance | |
| Wu et al. | Fabrication of robust and room-temperature curable superhydrophobic composite coatings with breathable and anti-icing performance | |
| Nakajima et al. | Preparation of transparent superhydrophobic boehmite and silica films by sublimation of aluminum acetylacetonate | |
| KR102530911B1 (en) | Surface modifying agents, modified materials and methods | |
| EP0690881B1 (en) | Process for the preparation of coated articles and the use thereof | |
| US9139739B2 (en) | Method for preparing micro-patterned superhydrophobic/superhydrophilic coatings | |
| CN111484785B (en) | Preparation method of amphiphilic polymer antifogging coating based on zwitterion | |
| CN110093081B (en) | Hydrophilic substrate | |
| US20160074915A1 (en) | Liquid-Impregnated Coatings and Devices Containing the Same | |
| WO2014099518A2 (en) | Polyoxazoline copolymers | |
| Zhang et al. | A rapid and efficient strategy for creating super-hydrophobic coatings on various material substrates | |
| Wang et al. | Novel post‐treatment approaches to tailor the pore size of PS‐b‐PHEMA isoporous membranes | |
| JP6560560B2 (en) | Contamination resistant surface modifier and surface treatment method | |
| WO2008023872A1 (en) | Anti-fouling copolymers resin | |
| CN104870520B (en) | Reactive polyoxazolines with perfluorinated groups | |
| CN114479089A (en) | Perfluoropolyether block modified polycaprolactone, microsphere film thereof and prepared hydrophobic fabric | |
| Zhang et al. | Development of a superhydrophobic polybenzoxazine surface with self-cleaning and reversible water adhesion properties | |
| RU2784064C1 (en) | Method for producing polymer films with variable wettability | |
| CN108117830B (en) | Water-based hydrophilic lubricating coating | |
| EP3541503B1 (en) | Integrally asymmetical, isoporous block copolymer membranes in flat sheet geometry | |
| KR20200092691A (en) | Polymer Thin Films for Collecting and Immobilizing Gene and Method for Preparing the Same | |
| HwanáLee et al. | Electrospun smart fabrics that display pH-responsive tunable wettability | |
| TW201231512A (en) | Silicon-containing materials with controllable microstructure | |
| JP2000230060A (en) | Planing polymer composition coated film | |
| CN1611305A (en) | Method for preparing super hydrophobic polymeric coating using non-crystalline polymer |