[發明專利]一種促進水滴在超疏水表面撞擊完全鋪展的高效鋪展劑

有效

• 申請號: 201811311284.0
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN111134122B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 王毅琳;羅思琪;陳之迪;范雅珣
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;中國科學院大學
• 主分類號: A01N25/30
• 分類號: A01N25/30;A01N25/02;A01N43/40;A01N51/00;A01P7/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;趙靜

本發明公開了一類促進水滴在超疏水表面撞擊完全鋪展的高效鋪展劑。該鋪展劑由離子性單鏈表面活性劑和與表面活性劑所帶電荷相反的小分子組成。對于陰離子表面活性劑，表面活性劑的含量為0.25％?2.00％，小分子的濃度為0.10％?1.00％；對于陽離子表面活性劑，表面活性劑的含量為0.50％?2.00％，小分子的濃度為0.25％?1.00％。本發明利用帶電小分子與表面活性劑之間的靜電相互作用，從而顯著降低表面活性劑的臨界聚集濃度，平衡表面張力和動態表面張力、以及利用小分子誘導表面活性劑形成的豐富聚集體，改變溶液的流體動力學性質，從而實現水滴撞擊超疏水表面時的完全鋪展，而抑制水滴的彈射和濺射行為。

技術領域

本發明屬于表面活性劑科學與應用領域，具體涉及一種以表面活性劑為基礎的高效鋪展劑。

背景技術

液體與固體表面的撞擊現象廣泛存在于動力機械、化工、材料科學及農業生產等領域，液滴撞擊固體表面之后液體呈現的狀態是影響各項工作效率的關鍵因素。超疏水表面是一種具有特殊浸潤性的表面，在自然界中存在很多這樣的表面，例如糧食作物水稻，小麥的葉片，以及甘藍，花生，花菜，芋頭，狗尾巴草的葉片。眾所周知，液滴在低速撞擊超疏水表面時容易發生彈射，在高速撞擊時容易發生濺射，這種彈射和濺射的行為會造成有效物質的大量浪費，嚴重影響了噴涂、以及噴灑效率。特別是對于農業領域，噴灑農藥是防治病蟲害，提高糧食產量的重要手段，但由于植物葉片的超疏水性，噴灑過程出現的彈射和濺射現象會導致農藥的有效利用率大大降低，從而造成巨大的經濟損失，更嚴重的是農藥的大量浪費會對人類的身體健康和生態環境造成極大危害。通過添加添加劑可以在一定程度抑制液滴的彈射和濺射，常用的添加劑有聚合物和表面活性劑。聚合物的引入會增加溶液的粘度，提高能量耗散，可以抑制液滴的反彈，但由于聚合物的潤濕性較差，液滴最后會以一個較大接觸角的狀態停留在固體表面，這樣的鋪展狀態容易造成液滴被風吹落，而且聚合物通常會顯著提高溶液的粘度，不利于液滴的擠出。另外一種添加劑是表面活性劑，表面活性劑具有較低的表面張力，在靜態過程中表現出較好的潤濕性，但是在動態過程中，由于分子擴散速度的限制，通常不能表現出很好的性質。且表面張力的降低容易加劇液滴的不穩定性，造成液滴的破碎，所以如何平衡添加劑的性質，即調控表面活性劑的性質，例如表面活性劑體系的表面張力和聚集體誘導的流體性質，兩者的協同作用可能對于提高水滴撞擊超疏水表面時的鋪展效率至關重要。此外，在超疏水表面上打印能高效制備高精度的電子器件和用于疾病檢測的生物陣列，這兩者的實現需要液滴在撞擊超疏水表面時得到的鋪展面積非常規則且可控，但目前為止很少有能在超疏水表面直接打印且得到規則鋪展的墨水。因此尋找一種能實現在超疏水表面撞擊完全規則鋪展的高效鋪展劑至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種以表面活性劑為基礎的高效鋪展劑。

本發明所提供的以表面活性劑為基礎的高效鋪展劑由離子性單鏈表面活性劑和帶至少一個電荷的小分子組成，其中，所述小分子所帶的電荷與所述離子性單鏈表面活性劑所帶電荷相反。

其中，所述離子性單鏈表面活性劑可以是陰離子單鏈表面活性劑，也可以是陽離子單鏈表面活性劑。

所述陰離子單鏈表面活性劑可以為不同烷基鏈長度的陰離子硫酸鈉鹽，包括辛基硫酸鈉，癸基硫酸鈉，十二烷基硫酸鈉，十四烷基硫酸鈉；不同烷基鏈長度的陰離子磺酸鈉鹽，包括癸基磺酸鈉，十二烷基磺酸鈉；不同烷基鏈長度的陰離子苯磺酸鈉鹽，包括十二烷基苯磺酸鈉，十四烷基苯磺酸鈉；不同烷基鏈長度的陰離子聚乙烯化的烷基硫酸鹽，包括十二烷基醚硫酸鈉，十四烷基醚硫酸鈉，十六烷基醚硫酸鈉。所述陰離子單鏈表面活性劑可以為一種，也可以為不同陰離子表面活性劑之間復配，如十二烷基硫酸鈉和十二烷基醚硫酸鈉。

所述陽離子單鏈表面活性劑可以為不同烷基鏈長度的陽離子季銨鹽類，包括辛基三甲基溴化銨，癸基三甲基溴化銨，十二烷基三甲基溴化銨，十四烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基溴化銨；和以吡啶為基礎的烷基吡啶鹽，包括十二烷基吡啶季銨鹽。