[發明專利]超疏水涂層用兩親性顆粒及其制備方法、和超疏水涂層

有效

• 申請號: 201410127123.1
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN104945569B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 楊海麗;梁福鑫;楊振忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08F283/12
• 分類號: C08F283/12;C08F8/42;C08G77/26;C09D151/08
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

本發明涉及一種超疏水涂層用兩親性顆粒及其制備方法、和超疏水涂層。所述制備方法包括：在乳液中將第一硅前驅體和第二硅前驅體進行反應以制備一側為具有多個突起部的親水側且另一側為平滑的疏水側的兩親性顆粒A；將兩親性顆粒A的親水側用引發劑改性、以及通過引發劑聚合接枝疏水性的聚合物，得到顆粒B；以及將所述顆粒B的平面疏水側用硅烷偶聯劑改性，得到一側為具有多個聚合物突起部的疏水側且另一側為平滑的親水側的超疏水性涂層用兩親性顆粒。本發明的制備方法對生產設備要求低、反應條件溫和，能夠進行批量化生產；而且，用所述兩親性顆粒制備超疏水涂層的過程簡單、適用范圍廣，且所形成的超疏水涂層與基底結合牢固，超疏水特性持久。

技術領域

本發明涉及超疏水性涂層技術領域，更具體地，涉及超疏水性涂層用兩親性Janus顆粒及其制備方法、及由此顆粒制備的超疏水涂層。

背景技術

超疏水性表面已在自然界生物的長期進化中產生，許多動植物（如荷葉、水稻葉和水黽腿）表面具有超疏水的自清潔效果，最典型的代表是所謂的荷葉效應。Barthlott和Neinhuis等人(Barthlott W,Neinhuis C.“Purity of the sacred lotus,or escapefrom contamination in biological surfaces”.Planta1997,202:1-8)通過觀察植物葉表面的微觀結構，認為自清潔特征是由粗糙表面上微米結構的乳突以及表面存在的蠟狀物共同引起的。江雷等人(Feng L,Li SH,Li YS,Li HJ,Zhang LJ,Zhai J,Song YL,Liu BQ,Jiang L,Zhu DB.“Super-Hydrophobic Surfaces:From Natural to Artificial”.Adv.Mater.2002,14:1857-1860)進一步研究發現荷葉表面微米結構的乳突上還存在著納米結構，而這種納/微米階層結構是引起表面超疏水的根本原因。因此，固體表面微觀幾何結構對材料表面超疏水性能具有決定作用。

超疏水涂層指與水滴接觸角大于150°的涂層，超疏水涂層具有自清潔、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工業領域中具有潛在的、廣闊的應用前景。目前國內外超疏水涂層研究很多，其中大部分都是仿照荷葉表面的特殊微納結構，構造特殊微納二元結構表面達到超疏水的目的。一般來說，制備超疏水性表面必須滿足兩個條件：一是物質的表面具有很低的固體表面能；二是在低表面能物質的表面上構建有一定粗糙度的微米與納米相結合的階層結構。表面材料的潤濕性是決定親水和疏水的前提，而表面微結構是顯著提高其疏水性能的關鍵因素。目前，超疏水涂層的制備方法主要有氣相沉積法、刻蝕法、靜電紡絲法、粒子填充法等。氣相沉積法包括物理氣相沉積法、化學氣相沉積法等，它是將各種疏水性物質通過物理或化學的方法沉積在基底表面的過程。Julianna A等人(Julianna A,SandraE,Jilska M,Geoff W.“Stevens,fabrication of a superhydrophobic polypropylenemembrane by deposition of a porous crystalline polypropylene coating”.J MembrSci.2008,318:107-110)通過氣相沉積法，在聚丙烯膜表面沉積多孔晶狀聚丙烯涂層，使聚丙烯涂層呈現超疏水性，其接觸角達到169°?？涛g法通常是通過物理或化學的方法將目標物表面微刻蝕成微粗糙形貌的過程。McCarthy等人（Chen W,Fadeev A Y,Hsieh M C,Thomas J McCarthy.“Ultra Hydrophobic and ultra hydrophobic surfaces:somecomments and examples”.Langmuir1999,15:3395-3399）用等離子刻蝕處理技術以七氟化丙烯酸酯處理光滑的滌綸表面上制備了PET的超疏水膜。他們發現，處理后的膜呈現一定的粗糙結構，并且刻蝕時間越長，其表面粗糙度越大。Kanga等人（Minsung Kanga,RiraJunga,Hun Sik Kima.“Preparation of superhydrophobic polystyrene membranes byelectro spinning”.J Colloids Surf2008,29:1-3.）以二甲基酰胺、四氫呋喃、三氯甲烷等為溶劑，以聚苯乙烯為原料，以電紡法制備了接觸角為154°的纖維膜。該電紡纖維膜形態上具有微納米級突起結構，微米納米的突起的鑲嵌使得膜表面的表面粗糙增大，接觸角增大。粒子填充法主要是將疏水性微米納米級顆粒填充在疏水性膜中，形成雜化膜。這些粒子包括硅、聚四氟乙烯、氧化鈦、石膏、金屬氧化物等微納米顆粒。這種雜化膜在填充的微米納米顆粒的鑲嵌作用下，使得膜表面呈現起伏不平的三維粗糙結構，疏水性得到改善。Khorasani等人(Khorasani MT,Mitzadeh H,Kermani Z.“Wettability of porouspolydimethylsiloxane surface:Morphology study”.J Phys Chem B,2005,109:4048-4052.)報道了用微納米的石膏、金屬氧化物等填充法制備的接觸角可達160°的超疏水性膜。他們認為由于微米納米的顆粒填充物在聚合物之間形成交聯結構，既增加膜的強度，同時使膜表面的粗糙度增加，疏水性能提高。