阅读说明：本技术 一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜及制备方法 (Hydrophobic self-cleaning polyvinyl chloride film and preparation method thereof ) 是由 徐卫根 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于功能塑料薄膜领域,具体涉及一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜及制备方法。首先通过制备纳米二氧化硅水凝胶；然后将聚氯乙烯溶于丁酮,并利用丁酮易于水分散的特性,在高速搅拌下使聚氯乙烯分散为纳米粒,得到分散纳米二氧化硅和纳米聚氯乙烯的纳米浆料；在100-110℃的聚氯乙烯基膜喷涂纳米浆料,并通过表面镀有微米凸点的压辊压制,使纳米聚氯乙烯、纳米二氧化硅与基膜结合,同时形成的微米凹点使薄膜形成了微粗糙表面,而且微粗糙表面分布纳米颗粒；一方面构成的微粗糙结构类似于“荷叶”效应,赋予表面疏水性,同时,纳米二氧化硅表面分散有聚四氟乙烯,其材质疏水性良好,有效防止污染物粘附薄膜,具有自洁性。(The invention belongs to the field of functional plastic films, and particularly relates to a hydrophobic self-cleaning polyvinyl chloride film and a preparation method thereof. Firstly, preparing nano silicon dioxide hydrogel; then dissolving polyvinyl chloride in butanone, and dispersing the polyvinyl chloride into nanoparticles under high-speed stirring by utilizing the characteristic that the butanone is easy to disperse in water to obtain nano slurry in which nano silicon dioxide and nano polyvinyl chloride are dispersed; spraying nano slurry on a 100-plus-110-DEG C polyvinyl chloride-based film, pressing the polyvinyl chloride-based film by a press roller with the surface plated with micron convex points, so that the nano polyvinyl chloride and the nano silicon dioxide are combined with the base film, and simultaneously, the formed micron concave points enable the film to form a micro-rough surface, and the micro-rough surface is distributed with nano particles; on one hand, the formed micro-rough structure is similar to a lotus leaf effect, the surface is endowed with hydrophobicity, meanwhile, polytetrafluoroethylene is dispersed on the surface of the nano silicon dioxide, the material hydrophobicity is good, pollutants are effectively prevented from being adhered to the film, and the self-cleaning property is realized.)

一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜及制备方法

技术领域

本发明属于功能塑料薄膜领域，具体涉及一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜及制备方法。

背景技术

聚氯乙烯薄膜作为一种低成本塑料膜，在工业、农业、建筑等领域得到了大规模的应用。聚氯乙烯薄膜主要通过压延成型制备薄膜。如用于装袋、雨衣、桌布、窗帘；宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚、地膜之用。特别是在建筑领域、家具保护、风电领域、工农业品领域，聚氯乙烯薄膜作为防护层使用可以有效保护建筑构件、风电叶片、工业管道等。

在推广使用中，聚氯乙烯薄膜容易被污染，引起了使用客户的注意。技术人员发现：聚氯乙烯薄膜表面不容易清洁，自洁性较差，而且长时间暴露在外，容易发粘，附着脏污。究其原因，主要是聚氯乙烯在加工时加入较多的增塑剂，成膜后增塑剂容易洗出造成薄膜发粘易粘附灰尘。另外，聚氯乙烯为极性分子链，薄膜的疏水性较差，造成了容易粘附粉尘等。因此，聚氯乙烯薄膜作为防护膜需要提升自洁性和疏水性。

技术人员尝试在聚氯乙烯薄膜加工时加入疏水材料，如蜡质材料、硅酮粉等，然而蜡质材料在聚氯乙烯体系相容分散性较差，而且存在析出；另外，聚氯乙烯薄膜的增塑剂析出会影响薄膜的自洁性，减少增塑及用量则会影响薄膜的加工性。

因此，在处理聚氯乙烯薄膜的疏水性和自洁性时，在聚氯乙烯薄膜表面突破是关键。例如在聚氯乙烯表面构建近似于微纳米粗糙结构和修饰低表面能的物质可以有效赋予聚氯乙烯薄膜优异的自洁性和疏水性。中国发明专利公开号CN 101993682B共尅了超疏水聚氯乙烯膜，其表面具有丝节交织的结构，通过静电纺丝方法制备出超疏水的聚氯乙烯膜，纺成微球和丝梭形相间的结构用于提升聚氯乙烯的疏水性。然而，静电纺丝工艺复杂，而且微结构控制难度大，难以规模化推广使用。

发明内容

目前聚氯乙烯薄膜存在增塑剂析出容易使薄膜发粘，自洁性差、疏水性差，影响聚氯乙烯薄膜作为保护膜、棚膜的使用；为解决这一问题，本发明首先提出一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜，进一步提出疏水自洁聚氯乙烯薄膜的制备方法。尤其是在聚氯乙烯薄膜表面稳定的构建疏水微结构，通过较低的成本和简洁的工艺实现聚氯乙烯薄膜的自洁、疏水性。

首先，提出一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：

(1)按重量份将10-15重量份甲基硅酸钠分散在40-50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为4-5；缓慢搅拌10-15min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；然后加入1-3重量份聚四氟乙烯乳液作为疏水剂分散均匀，得到预处理二氧化硅水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量1-3％的单甘脂，高速搅拌分散，同时加入步骤(1)得到的预处理二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯100重量份、增塑剂15-20重量份、热稳定剂1-2重量份、润滑剂1-3重量份加入高速混合机，在60-80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，经三辊压延，得到聚氯乙烯基膜；经压延辊的基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，然后经表面镀有微米凸点的压辊压制，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

优选的，步骤(1)中所述聚四氟乙烯乳液为市售质量浓度为20％的乳液；二氧化硅水凝胶中水凝胶以纳米分散，其与聚四氟乙烯乳液分散后，可以辅助提升纳米二氧化硅的疏水性。

优选的，步骤(2)中聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，由于丁酮容易溶解聚氯乙烯，同时丁酮易分散在水中，从而带动聚氯乙烯分散在含水体系，形成纳米聚氯乙烯粒。

优选的，步骤(2)中所述高速搅拌分散使以2000-5000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在30min以上；通过高速搅拌，使聚氯乙烯以纳米颗粒与纳米二氧化硅分散均匀形成纳米浆料。聚氯乙烯液、预处理二氧化硅水凝胶以质量比1:1混合。

步骤(3)中纳米将料在聚氯乙烯基膜表面，基膜温度控制在100-110℃；首先形成纳米颗粒分散的聚氯乙烯和二氧化硅，进一步，通过表面镀有微米凸点的压辊压制，不但纳米聚氯乙烯、纳米二氧化硅与基膜结合，同时改变了纳米颗粒的分散结构；具体的，所述微米凸点通过压制使薄膜形成了微粗糙凹表面，而微粗糙凹表面分布纳米颗粒；一方面构成的微粗糙结构类似于“荷叶”效应，赋予表面疏水性，同时，纳米二氧化硅表面分散有聚四氟乙烯，其材质疏水性良好，有效防止污染物粘附薄膜，具有自洁性。

特别的，典型的较佳实例中，微米凸点形成的微米凹点为直径为10-20μm的半球凹点。凹点分布为紧密排例。

进一步优选的，步骤(3)中所述薄膜级聚氯乙烯选用PVC-SG2。

进一步优选的，步骤(3)中所述增塑剂选用邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯中的至少一种。

进一步优选的，步骤(3)中所述热稳定剂选用硬脂酸钡、硬脂酸锌中的至少一种。

进一步优选的，步骤(3)中所述润滑剂硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的至少一种。

再者，本发明提供由上述方法制备得到的一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。首先通过制备纳米二氧化硅水凝胶；然后将聚氯乙烯溶于丁酮，并利用丁酮易于水分散的特性，在高速搅拌下使聚氯乙烯分散为纳米粒，得到分散纳米二氧化硅和纳米聚氯乙烯的纳米浆料；在100-110℃的聚氯乙烯基膜喷涂纳米浆料，并通过表面镀有微米凸点的压辊压制，使纳米聚氯乙烯、纳米二氧化硅与基膜结合，同时形成的微米凹点使薄膜形成了微粗糙表面，而且微粗糙表面分布纳米颗粒；一方面构成的微粗糙结构类似于“荷叶”效应，赋予表面疏水性，同时，纳米二氧化硅表面分散有聚四氟乙烯，其材质疏水性良好，有效防止污染物粘附薄膜，具有自洁性。

一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜及制备方法，与现有聚氯乙烯疏水薄膜的加工技术相比，突出的特点体现在：

(1)本发明在聚氯乙烯薄膜表面形成微粗糙，其微结构具有疏水性，而且微结构获得稳定，易控。

(2)本发明预制了分散有纳米聚氯乙烯和纳米二氧化硅的纳米浆料，其通过趁热粘合将纳米聚氯乙烯和纳米二氧化硅压接在聚氯乙烯薄膜表面，赋予聚氯乙烯薄膜疏水自洁性。

(3)本发明制备工艺简单，过程易控，原来成本低，可以批量规模化制备疏水自洁聚氯乙烯薄膜，利于市场推广。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步说明：

【图1】是本发明一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜的结构示意图。其中1代表聚氯乙烯基膜；2代表微米凹点；3代表纳米粒(纳米二氧化硅、纳米聚氯乙烯)。

具体实施方式

下面通过实施例旨在进一步描述本发明内容，而不是对本发明权利要求的保护范围的限制。

实施例一

(1)按重量份将15重量份甲基硅酸钠分散在50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为4；缓慢搅拌10min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；然后加入2重量份质量浓度为20％的聚四氟乙烯乳液作为疏水剂分散均匀，得到预处理二氧化硅水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量1％的单甘脂，以2000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在40min；同时加入步骤(1)得到的预处理二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、邻苯二甲酸二丁酯8重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，喷涂量以覆盖完膜表面为准；然后经表面镀有微米凸点的压辊压制，在聚氯乙烯基膜表面形成微米凹点为直径为10μm的半球凹点，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

如附图1所示，1是聚氯乙烯基膜；2是压制形成的微米凹点；3是分布在微米凹点的纳米粒，纳米粒为纳米二氧化硅、纳米聚氯乙烯。

实施例二

(1)按重量份将10重量份甲基硅酸钠分散在50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为5；缓慢搅拌15min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；然后加入3重量份质量浓度为20％的聚四氟乙烯乳液作为疏水剂分散均匀，得到预处理二氧化硅水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量2％的单甘脂，以3000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在60min；同时加入步骤(1)得到的预处理二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、癸二酸二辛酯10重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，喷涂量以覆盖完膜表面为准；然后经表面镀有微米凸点的压辊压制，在聚氯乙烯基膜表面形成微米凹点为直径为20μm的半球凹点，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

实施例三

(1)按重量份将10重量份甲基硅酸钠分散在50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为5；缓慢搅拌15min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；然后加入3重量份质量浓度为20％的聚四氟乙烯乳液作为疏水剂分散均匀，得到预处理二氧化硅水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量2％的单甘脂，以5000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在60min；同时加入步骤(1)得到的预处理二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、癸二酸二辛酯10重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，喷涂量以覆盖完膜表面为准；然后经表面镀有微米凸点的压辊压制，在聚氯乙烯基膜表面形成微米凹点为直径为20μm的半球凹点，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

对比例一

按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、邻苯二甲酸二丁酯8重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；冷却，卷取，得到一种聚氯乙烯薄膜。

对比例一没有对聚氯乙烯薄膜进行表面处理，以此作为参考，进行与实施例1-3进行定性的疏水自洁性能对比分析。

对比例二

(1)按重量份将15重量份甲基硅酸钠分散在50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为4；缓慢搅拌10min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；然后加入2重量份质量浓度为20％的聚四氟乙烯乳液作为疏水剂分散均匀，得到预处理二氧化硅水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量1％的单甘脂，以2000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在40min；同时加入步骤(1)得到的预处理二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、邻苯二甲酸二丁酯8重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，喷涂量以覆盖完膜表面为准；然后经镜面辊压辊压制，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

对比例二没有在聚氯乙烯薄膜表面形成微粗糙，使得到的聚氯乙烯薄膜疏水性仅仅依靠纳米颗粒，疏水性能提升幅度不明显。

对比例三

(1)按重量份将15重量份甲基硅酸钠分散在50重量份水中；然后加入柠檬酸调整至酸碱度pH值为4；缓慢搅拌10min，形成分散纳米二氧化硅的水凝胶；

(2)将聚氯乙烯溶解分散于3倍质量的丁酮，得到聚氯乙烯液；进一步加入聚氯乙烯液质量1％的单甘脂，以2000rpm的高速搅拌分散，搅拌时间控制在40min；同时加入步骤(1)得到的二氧化硅水凝胶，得到纳米浆料；

(3)按重量份将薄膜级聚氯乙烯PVC-SG2 100重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯10重量份、邻苯二甲酸二丁酯8重量份、热稳定剂硬脂酸钡1重量份、硬脂酸锌1重量份、润滑剂硬脂酸1重量份、聚乙烯蜡2重量份加入高速混合机，在80℃预分散，然后送入三辊挤出压延设备，挤出螺杆温度控制在150-170℃；口模温度设置为178℃；三辊温度控制在100-110℃，使压延的聚氯乙烯基膜温度控制在100-110℃；趁热将步骤(2)得到的纳米浆料喷涂在聚氯乙烯基膜表面，喷涂量以覆盖完膜表面为准；然后经表面镀有微米凸点的压辊压制，在聚氯乙烯基膜表面形成微米凹点为直径为10μm的半球凹点，烘干，卷取，得到一种疏水自洁聚氯乙烯薄膜。

对比例三在纳米二氧化硅水凝胶中加入聚四氟乙烯乳液处理，使得纳米层的疏水性受一定的影响。

疏水自洁性测试：

测试实施例1-3、对比例1-3得到的聚氯乙烯薄膜的初始水接触角；然后在湿度80％的湿环境放置薄膜2周时间，测试水接触角。采用东莞晟鼎精密仪器有限公司的SDC-200S光学接触角测量仪测水接触角。测试结果如表1所示。

表1：

通过测试，本发明通过涂层的结构和纳米粒处理，赋予聚氯乙烯薄膜优异的疏水性；而且即使在市环境下放置14天，仍然保持较高的水接触角，其自洁疏水性良好。在实施例1-3，因耐浆料分散速度逐步增大，使得纳米粒分散均匀且粒度更细，有利于提高疏水角。

对比例一没有对聚氯乙烯薄膜进行表面处理，初始具有一定的疏水性，但经湿环境放置，增塑剂析出、污物、水分粘附，其疏水性降低明显，自洁效果差。

对比例二没有在聚氯乙烯薄膜表面形成微粗糙，使得到的聚氯乙烯薄膜疏水性仅仅依靠纳米颗粒，疏水性能提升幅度不明显。

对比例三在纳米二氧化硅水凝胶中加入聚四氟乙烯乳液处理，使得纳米层的疏水性受一定的影响。

应当理解，本文所述的示例性实施方案应当被认为是说明性的而非限制性的。而且，应可将各实施方案中关于各特征或方面的描述适用于其他实施方案中的其他类似特征或方面。