[發(fā)明專利]菜花狀超疏水活性顆粒的制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010593333.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN102091583A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉箭;潘帥軍;熊遠(yuǎn)欽;郭瑞;李玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/02
• 分類號(hào): B01J13/02;C09K3/18
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料的加工領(lǐng)域，具體的說是涉及一種具有高接觸角和高粘附力的菜花狀超疏水活性顆粒的制備方法，本發(fā)明還涉及該超疏水活性顆粒的用途。

技術(shù)背景

超疏水表面是指靜態(tài)水接觸角大于150°的表面，自然界的天然超疏水表面有兩種典型：荷葉表面的滾動(dòng)型和壁虎腳的粘附型。滾動(dòng)型超疏水表面在自清潔領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，而粘附型超疏水表面在微流體的無損傳送等領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。人工超疏水表面的疏水類型主要是通過表面粗糙程度來控制的。目前，構(gòu)筑超疏水表面的方法主要有溶膠-凝膠法、等離子體處理法、異相成核法、刻蝕法、氣相沉積法、電化學(xué)法、自組裝法等。這些方法都因其存在制備工藝流程長(zhǎng)、反應(yīng)設(shè)備復(fù)雜、原料不菲等缺點(diǎn)而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。超疏水活性顆粒的開發(fā)為超疏水表面的實(shí)際應(yīng)用提供一條工業(yè)化道路。目前，報(bào)道的超疏水活性顆粒主要有草莓模型和仙人球模型等。這些活性顆粒是通過微納尺度的無機(jī)或有機(jī)粒子構(gòu)筑出粗糙顆粒，經(jīng)低表面能處理后可作為超疏水自清潔功能涂料的活性添加劑等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種具有菜花狀超疏水活性的納米顆粒并將其應(yīng)用于超疏水表面的制備，為超疏水表面的實(shí)際應(yīng)用提供一種簡(jiǎn)易的方法。

本發(fā)明是利用異氰酸酯的高反應(yīng)活性，通過功能修飾的無機(jī)納米粒子間的反應(yīng)，組裝出結(jié)構(gòu)新穎的菜花狀粗糙納米顆粒，經(jīng)低表面能修飾后可得到具有超疏水活性的納米顆粒，將其修飾在基材表面即可得到一種具有高接觸角和高粘附力的仿壁虎腳的超疏水表面。

本發(fā)明包括納米粒子的功能化改性、菜花狀粗糙顆粒的制備和低表面能改性以及菜花狀超疏水活性顆粒的應(yīng)用。該方法的步驟包括：

步驟一：無機(jī)納米粒子改性

首先，用異氰酸酯對(duì)無機(jī)納米粒子進(jìn)行改性，修飾上異氰酸根；然后，用擴(kuò)鏈劑進(jìn)行擴(kuò)鏈，增加反應(yīng)活性的同時(shí)提高其疏水性；

步驟二：菜花狀顆粒的制備

將異氰酸根改性的300nm?SiO₂的分散液滴加至擴(kuò)鏈劑改性的納米顆粒中，利用異氰酸酯的高反應(yīng)活性，納米顆粒問進(jìn)行反應(yīng)，從而組裝出菜花狀的活性顆粒；

步驟三：基材表面的粗糙化

利用異氰酸酯的反應(yīng)，將菜花狀粗糙顆粒直接化學(xué)反應(yīng)在基材表面，或者反應(yīng)在與涂有反應(yīng)性樹脂或涂料的基材表面；

步驟四：修飾低表面能物質(zhì)

將粗糙化處理的基材用異氰酸酯處理后，置于含活潑氫的低表面能物質(zhì)的溶液中，利用異氰酸酯的反應(yīng)，將其修飾在粗糙表面即得超疏水表面。

所述的無機(jī)納米粒子為粒徑分別為30和300nm的二氧化硅(SiO₂)。

所述的基材為玻片、硅片、鋁片、銅片等平整表面。

所述的低表面能物質(zhì)為羥基硅油、碳原子數(shù)在十以上的長(zhǎng)鏈(硫)醇和長(zhǎng)鏈胺以及含有活潑氫的含氟低表面能物質(zhì)等；含活潑氫的含氟低表面能物質(zhì)包括：對(duì)三氟甲氧基苯胺及其衍生物、4-(4-三氟甲氧基苯基偶氮)苯酚及其衍生物、氟代的長(zhǎng)鏈(硫)醇或胺等。

所述的溶劑為沸點(diǎn)在80℃左右的無毒低毒類有機(jī)溶劑：包括乙酸乙酯、石油醚、己烷、庚烷、輕質(zhì)汽油、溶劑汽油、甲苯、丙酮等。

所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-4，4’-二異氰酸酯(MDI)、多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)、異弗爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環(huán)己基甲烷-4，4’-二異氰酸酯(HMDI)、三甲基六亞甲基二異氰酸酯(TMDI)、氫化甲苯二異氰酸酯(HTDI)等二異氰酸酯或多異氰酸酯。

所述的催化劑為三乙胺、二月桂酸二丁基錫等。

所述的擴(kuò)鏈劑為羥基硅油、羥基封端的聚丁二烯等。

所述的干燥條件為50℃下真空干燥。

本發(fā)明介紹的是一種制備具有新穎菜花狀結(jié)構(gòu)的超疏水活性顆粒的簡(jiǎn)便方法，以及利用其制備超疏水表面。本發(fā)明的菜花狀超疏水活性顆粒可以用于服飾、家電、車輛、建筑、衛(wèi)生潔具、雨具、廚具等材料表面的疏水化改性，還可以在微流體無損傳送、微注射器、微流體通道等技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1菜花狀超疏水活性顆粒的SEM圖像

圖2菜花狀超疏水表面水靜態(tài)接觸角、粘附性測(cè)試及數(shù)碼照片

具體實(shí)施方式

無機(jī)納米粒子改性：