[發明專利]一種水滴鋪展時間可控的親水-疏油涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810885147.1
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109096521B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 趙燕;馬逸平
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08J7/18
• 分類號: C08J7/18;C08L77/00
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 陸金星

本發明公開了一種水滴鋪展時間可控的親水?疏油涂層及其制備方法，該涂層由親水性單體和氟代烷基單體相繼在基材表面經光化學接枝聚合所得，涂層本身具有親水底層和疏油表層的上下雙層結構。當涂層暴露于空氣中時，氟代烷基疏油表層使涂層呈現出疏油性；當涂層與水接觸時，由于水分子與親水底層的相互作用，導致涂層的上下雙層結構發生重組或者水分子透過疏油表層潛入到親水底層，從而使涂層表面的水滴逐漸鋪展，直至完全潤濕，此時涂層呈現出親水性。該涂層表面的水滴鋪展時間可通過改變氟代烷基單體接枝聚合時的用量和反應時間來進行調控，可以得到從低至幾秒到高達十幾分鐘不等的水滴鋪展時間。該涂層廣泛應用于防霧、自清潔、油水分離等領域。

技術領域

本發明屬于表面涂層技術領域，具體涉及一種水滴鋪展時間可控的親水-疏油涂層及其制備方法。

背景技術

基材表面潤濕性的調控在自清潔、防霧、防結冰、油水分離、無損液體傳輸等很多應用場合起著重要的作用。潤濕性通常用液體在固體表面上的接觸角來表征。近些年來，一些特殊的潤濕性如超疏水、超疏油、超雙疏等得到了廣泛的研究和推廣，但關于更為特殊的親水-疏油潤濕性能的研究卻較不常見。當某一固體表面的油接觸角顯著大于水接觸角時，該表面可被認為具有親水-疏油的潤濕性能。親水-疏油表面若被油污污染，由于水接觸角比油接觸角小，油-固界面則很容易被置換為水-固界面，從而使得表面的油污很容易被水沖洗掉，達到易清潔的效果。當用于油水分離的過濾膜表面被賦予親水-疏油性能時，過濾膜允許水透過而油不透過，這樣可以僅依靠重力作用進行分離，同時，還能夠防止膜表面的油污污染，保證高水通量，減少過濾膜的清洗次數，降低操作成本。

目前，親水-疏油表面的構建方式大致可以分為三類：(1)表面涂覆聚電解質和長氟鏈表面活性劑的絡合物；(2)表面涂覆疏油物質和親水物質的共混物；(3)表面涂覆疏油鏈段和親水鏈段的共聚物。Zhaozhu Zhang等利用聚二烯丙基二甲基胺鹽酸鹽和全氟辛酸鈉的絡合物制得超親水-超疏油表面(Journal of Materials Chemistry 2012,22,2834)，該表面十六烷接觸角為155°，滴于該表面上的水滴呈現的初始水接觸角約為165°，然后逐漸鋪展，約9分鐘后水滴完全鋪展至水接觸角為0°。Anish Tuteja等將聚乙二醇與含氟多面體低聚倍半硅氧烷的共混物涂覆于不銹鋼網和聚酯纖維布料上用于油水分離(NatureCommunications 2012,3,1025)。當水滴被滴在含氟多面體低聚倍半硅氧烷占比20wt％的涂層所涂覆的布料上時，需要約20分鐘才能完全鋪展。申請號為201480062334.X的中國專利申請提供了一種親水-疏油的共聚物或共聚物組合物，以及用共聚物涂布多孔基底形成的膜作為微濾膜或超濾膜的用途。經共聚物涂布的玻璃表面的水滴經幾分鐘展開至水接觸為0～10°，油接觸角為75°。專利號為201210049783.3的中國專利提供了一種由含氟聚氨酯與環氧樹脂以及固化劑形成的親水-疏油易清潔有機涂層，該涂層的水接觸角可抵達15°，而油接觸角可高達90°。但該涂層表面水滴鋪展至接觸角為15°所用的時間未被提及。

雖然目前已較易實現親水-疏油這一潤濕特性，但該領域尚需要解決如下問題：(1)目前所制備的親水-疏油涂層的水滴鋪展時間普遍過長(幾分鐘甚至幾十分鐘不等)，這類親水-疏油涂層存在較長的從疏水到親水的轉變過程，會影響此類涂層在需要水滴快速鋪展的場合(如防霧)中的應用；(2)絕大多數親水-疏油涂層與基材之間缺乏有效鍵接，會導致實際使用中涂層的牢固度不夠。

因此，如何做到親水-疏油涂層表面水滴鋪展時間的可控，尤其是如何實現水滴幾秒內的瞬時鋪展，并能通過表面接枝的手段提高涂層的牢固度，拓寬親水-疏油涂層的應用范圍，提高其使用壽命是目前需要研究解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種水滴鋪展時間可控的親水-疏油涂層及其制備方法。