[發(fā)明專利]一種具有梯度接觸角功能涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110263437.0
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN102433053A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 程江;張勇;皮丕輝;文秀芳;蔡智奇;楊卓如
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C09D133/12
• 分類號: C09D133/12;C09D133/10;C09D133/08;C09D161/20;C08F220/28;C08F220/14;C08F220/18
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技術領域

本發(fā)明涉及功能材料領域，特別涉及一種具有接觸角連續(xù)性變化特征的功能涂層及其制備工藝。

背景技術

功能梯度材料是指材料的功能，如組分、結構、性能隨空間或時間連續(xù)變化或階梯變化的一種高性能材料。接觸角是用來衡量材料表面潤濕性的重要物理量，一般接觸角越小，表面能越大。梯度接觸角表面指材料表面接觸角沿表面某個方向梯度連續(xù)性變化。由于梯度接觸角表面的獨特性質(zhì)，其在液滴移動，微流體流動，生物吸附及高效傳熱等領域展現(xiàn)出了廣闊應用前景。

現(xiàn)有制備梯度接觸角材料的方法中，對底材有著較高要求。比如，X.Zhang等在《Langmuir》（2006年第22卷第4483～4486頁）發(fā)表的《Surface?Gradient?Material:?From?Superhydrophobicity?to?Superhydrophilicity》(梯度表面材料：從超疏水到超親水)文章中，通過自組裝作用，在粗糙金底上實現(xiàn)了表面接觸角從超疏水（156.4°）到超親水（＜10°）的轉變；首先通過電沉積法得到具有微納米雙微觀結構的粗糙金底；然后，通過改變?nèi)芤旱渭铀俣龋诘撞纳闲纬闪私佑|角連續(xù)變化的梯度表面，滴加速度越慢，得到的梯度接觸角變化范圍越大。此外，Y.C.Han等在《Macromolecular?Rapid?Communications》（2005年第26卷第637～642頁）發(fā)表的《Low-Density?Polyethylene(LDPE)?Surface?With?a?Wettability?Gradient?by?Tuning?its?Microstructures》（調(diào)控低密度聚乙烯表面微觀形貌構建梯度潤濕表面）文章中，指出將具有多孔超疏水（接觸角：165.8°，滾動角：4°）表面的低密度聚乙烯（LPDE）置于梯度溫度場內(nèi)，熱端的溫度高于LPDE的融熔溫度Tm，在溫度場內(nèi)放置10分鐘后，由于熱端的表面晶型結構被破壞，表面高孔隙率降低，疏水性下降，于是在沿著溫度升高的方向，表面微觀結構形成梯度變化，以此形成了從超疏水到疏水的梯度潤濕表面。以上制備梯度接觸角表面的方法中，對底材要求高，有的要求底材具有自組裝特性，有的要求底材對溫度具有一定的敏感性；這些制備方法限制了梯度接觸角表面的進一步應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、有效，具有梯度接觸角特征的涂層及其制備方法。該功能涂層的制備方法不僅能成功制備出接觸角梯度變化的功能涂層，還能在多種不同材質(zhì)底材上實現(xiàn)接觸角的梯度變化。

本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)：一種具有梯度接觸角功能涂層的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

第一步，以質(zhì)量份數(shù)計，將5～20份第一引發(fā)劑與100～400份第一單體混合后，以30～80轉/分鐘的轉速攪拌10～20分鐘，得到第一預聚單體；

第二步，以質(zhì)量份數(shù)計，將5～20份第二引發(fā)劑與500～1000份第二單體混合后，以30～80轉/分鐘的轉速攪拌10～30分鐘，得到第二預聚單體；?

第三步，以質(zhì)量份數(shù)計，將第一步得到的第一預聚單體滴加到盛有900～3500份溶劑，攪拌速率為250～400轉/分鐘的容器內(nèi)，在0～60分鐘內(nèi)滴加完畢，再將第二步得到的第二預聚單體逐步滴加到上述容器內(nèi)，在20～60分鐘內(nèi)滴加完畢，最后以90～140℃的溫度加熱攪拌3～6小時，得到聚合物溶液；

第四步，以質(zhì)量份數(shù)計，將第三步得到的聚合物溶液與1～5份固化劑混合后，以50～80轉/分鐘的轉速攪拌10～30分鐘，得到預固化溶液；

第五步，將第四步得到的預固化溶液均勻涂覆于表面潔凈的底材上，升溫到110～170℃，恒溫加熱固化10～40分鐘，得到固化涂層；

第六步，將第五步得到的固化涂層豎直放置于敞口容器中，并向容器中逐漸滴加水溶液，保證在3～8小時滴加完畢時，底材上沿剛好被完全浸潤，得到預功能涂層；?

第七步，將第六步得到的預功能涂層置于蒸餾水中清洗2～3次后，在40～60℃下干燥，干燥后，得到具有梯度接觸角功能涂層。

步驟一中所述第一引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、過氧化乙酰、過氧化十二碳酰、過氧化異丙苯中的一種；所述第一單體為甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羧乙酯、丙烯酸羥丙酯中的一種。