[發明專利]一種在物品表面制備具有自清潔功能的高分子涂層的方法

有效

• 申請號: 201910041155.2
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109731752B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 汪大洋;陶琦
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D7/24;D01D5/00;C09D139/00;C09D7/61
• 代理公司: 北京尚倫律師事務所 11477
• 代理人: 孟姣

一種在物品表面制備具有自清潔功能的高分子涂層的方法，包括：步驟1:清潔待涂敷的物品表面污染物，得到表面干凈的物品；步驟2:配制含有NaCl的聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDADMAC)水溶液；步驟3:利用步驟2所配制的所述含NaCl的PDADMAC水溶液涂敷步驟1得到的所述表面干凈的物品，得到含PDADMAC薄膜的物品；步驟4:配制無機或有機鹽水溶液；步驟5:將步驟3得到的所述含PDADMAC薄膜的物品浸泡在步驟4得到的所述鹽水溶液中，得到在物品表面涂敷自清潔的PDADMAC涂層。在所制備的涂層表面上任何油性污染物，可以完全、快速、有效地被水清洗干凈，不需借助洗滌劑和洗滌設備。將PDADMAC涂層修飾在各種濾膜或篩網的表面，可制成簡易、高效的油/水分離濾膜和篩網。

技術領域

本發明涉及高分子涂層的制備方法，具體的是提供一種在物品表面制備具有自清潔功能的高分子涂層方法及具有該高分子涂層的物品

背景技術

在人類生產生活中，油污染隨處可見，清除材料表面的油污染始終是亟需解決的問題。傳統的除油方法需要洗滌劑和大量的水，這不僅是水資源的浪費，也會對環境造成污染。因此，制備水中自清潔材料涂層對清除材料表面油污具有重大意義。

目前，一些技術可以在材料表面構建微納結構，含微納結構的材料表面在水中基本可以實現自清潔，但由于油具有低表面能和高粘度，表面一旦被污染，就會積累在表面的微納結構中，很難清洗干凈。

親水的材料由于表面基團較強的水合能力可以做成自清潔涂層，但親水材料表面暴露在空氣中，特別是被油污染后，表面親水基團自動發生表面重構以便降低表面能，進而消弱甚至完全失去其表面親水性。

發明內容

本發明的發明者們最近的研究結果證明，因為特異的雙離子基團的極強親水能力，具有磷酰膽堿離子聚合物涂層不論在空氣中還是在油中都能夠保持穩定的極強的親水性，因此展示出高效的自清潔效果。但是雙離子聚合物的表面涂敷需要苛刻的實驗條件，基本上不可能在實際中大規模應用。

本發明的發明者們利用納米纖維素涂層借助層層組裝的涂敷方法制備了具有高效自清潔功能的表面涂層。但是，制備所需要的納米纖維素需要非常復雜的化學合成工藝，基本上目前無法實現廉價大規模制備，這極大地制約了納米纖維素涂層的實際應用。

本發明的發明者們同時研究證明具有自清潔功能的高分子表面的親水性非常穩定，其表面水的接觸角不會因周圍環境的改變而改變。我們的研究表明，只有在自清潔表面之上，其水在油相介質中實驗測得的接觸角(expw/o)與借助其在空氣環境中的實驗測得的接觸角(expw/a)計算出的數值(calw/o)幾乎相等，即w/o expw/o-calw/o小于接觸角實驗測量誤差(3°)。

本發明的發明者們認為，PDADMAC為正電高分子聚電解質，其抗衡離子為氯離子(Cl-)，目前的研究結果證明PDADMAC可以有效地黏附在各種具有不同表面化學性質的物品表面，借此很容易形成致密表面涂層。因為其表面的季胺鹽基團與水分子的靜電相互作用，所制得的PDADMAC薄膜表面表現出良好的親水性。我們新近的研究結果表明，因為PDADMAC表面季胺鹽基團具有剛性、各向同性的分子結構，所以暴露在空氣中或被油污染過程中所造成的表面重構對其表面親水性的影響非常小，即PDADMAC表面表現非常穩定的親水性。可是盡管PDADMAC薄膜表面的expw/a和expw/o值均在25°和40°之間，不過其w/o值大于5°，即帶有抗衡離子為Cl-離子的PDADMAC薄膜表面不具有自清潔功能(圖2)。

因此在這些研究基礎之上，本發明的發明者們選擇PDADMAC作為表面涂層材料，并通過離子交換將PDADMAC薄膜表面的Cl-離子置換為其它與水分子相互作用更強的陰離子，借此增強其表面的親水性，實現高效自清潔功能。為了突破這些現有技術壁壘，本發明旨在開發一種簡單可行的、可以在任意物品表面實施的、自清潔表面高分子涂敷方法。