[發(fā)明專利]一種固液填充的低表面能光滑功能材料及其制備方法

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• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111825984A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔家喜;楊莉;吳倩;王宏
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州天瀾生物材料科技有限公司
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L83/12;C08L79/04;C08K7/26;C08K7/14;C08K3/22;C08K3/04;C08J9/26;C08J5/18;C08J9/42;C08J7/00;C09D183/04;C09D5/16;C09D7/61
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 郭艷艷

本發(fā)明提供了一種固液填充的低表面能光滑功能材料及其制備方法，固液填充的低表面能光滑功能材料包括以下重量份原料：基材30?90％、液體填料5?90％和固體填料0?60％；液體填料在向材料表面分泌形成潤滑層，潤滑層厚度為20?1000nm。本發(fā)明還提供了上述固液填充的低表面能光滑功能材料的制備方法。本發(fā)明的制備方法簡單易控制，能夠快速制得低表面能光滑功能材料，所得材料具有三層結(jié)構(gòu)，提高機械性能，改善材料加工性能，使材料功能化，具有低表面能和光滑的特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光滑功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固液填充的低表面能光滑功能材料及其制備方法。

背景技術(shù)

聚合物復(fù)合材料是以聚合物為基底，添加了其他物質(zhì)強化特定性質(zhì)的一類材料。根據(jù)添加物的種類，材料的性能增強效果不同。早期的聚合物復(fù)合材料主要是通過添加物增強材料力學(xué)性能，比如，添加單晶/須晶、黏土、滑石、云母等低長寬比之片狀填充料可以提高材料的勁度(stiffness)；添加纖維、玻璃纖維、石墨、硼等高長寬比的填充料可以同時提高拉伸強度和勁度。這些力學(xué)性能優(yōu)異的材料在建筑、化學(xué)、交通運輸、機械電器、電子工業(yè)及醫(yī)療、國防等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。近年來，添加特定功能的粒子，不僅能增強材料的力學(xué)性能，還能帶來特定的功能，進(jìn)一步拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。比如，把飽和修復(fù)試劑的膠囊包裹在聚合物中，可以制備得到具有自修復(fù)功能的聚合物復(fù)合材料；包裹銀離子的聚合物復(fù)合物具有抗菌性能；包裹碳黑粒子的聚合物復(fù)合材料具有導(dǎo)電性能等等。

雖然聚合物復(fù)合材料的發(fā)展已經(jīng)相對成熟，但是相關(guān)技術(shù)的開發(fā)主要關(guān)注材料的本體性能，很少有關(guān)注其界面性質(zhì)，因此，其很多界面性能沒有得到提高，使得它們的實際應(yīng)用的應(yīng)用中受到限制。其中一個主要方面是其界面抗污性能。聚合物復(fù)合材料與普通聚合物類似，本身具有疏水的表面，容易吸附各種污染物。在疏水材料表面引入微結(jié)構(gòu)，可以使得材料具有超疏水的性能；但是這種方法存在著力學(xué)穩(wěn)定性差、加工成本高的問題。另外，聚合物復(fù)合材料的表面摩擦系數(shù)比較高，特別是包含固體添加物后，表面粗糙度往往明顯增高，而且，在磨損后，容易形成坑洼結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加了摩擦作用。有嘗試在聚丙烯包裹含液體修復(fù)試劑的微膠囊，使得在摩擦破損后自行修復(fù)坑洼結(jié)構(gòu)，但修復(fù)效果是在破損后才體現(xiàn)出來，材料本身的摩擦系數(shù)并不能得到降低。而且，這種方法只對材料本身摩擦系數(shù)較低的硬基底有作用，不適用于軟基底。

在聚合物中注入潤滑劑來制備含液超滑界面是近年興起的一種新的表面改性方法。這種方法不同于仿荷葉超疏水技術(shù)，其不是利用微結(jié)構(gòu)鎖住空氣來獲得超疏水，而是鎖住液態(tài)潤滑劑分子，把本來的固體界面改變成液體界面。從宏觀上看，液體分子被固化，具有類似固體的形狀，不會脫離界面；而從微觀上看，被固定的液體分子依然保持一定的流動性，能自發(fā)形成完美光滑界面，提供優(yōu)異的透光性、極低的摩擦系數(shù)和良好的阻隔效果，起到潤滑、抗黏和防護(hù)的作用。相對于具有類似功能的界面材料，如超疏水、超雙疏涂層，含液光滑表面具有一些特殊的性質(zhì)，如(1)抗高壓：相對超疏水界面中的空氣而言，液態(tài)潤滑劑的不可壓縮性使得含液光滑表面能承受極高的壓力(600個大氣壓)；(2)適應(yīng)于潮濕和水下環(huán)境：在傳統(tǒng)的超疏水表面，水汽的冷凝或者水下氣體分子的脫離往往會使其性能大幅下降，而在含液光滑表面，潤滑劑分子與基底的結(jié)合力強于水分子，不會被其取代。因此，這類界面在海洋抗污、體內(nèi)抗菌、封閉環(huán)境下(微流體芯片、輸液管道、胃鏡鏡頭等)的界面自清潔、沙漠水收集、抗冰抗霧等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然超滑聚合物材料表現(xiàn)了優(yōu)異的界面性能，但其存在如下問題：(1)力學(xué)性能差；聚合物材料在注入液體潤滑劑后，力學(xué)性能會大幅度下降。(2)制備工藝；目前常用的方法是先制備交聯(lián)聚合物基底，然后通過溶脹的方法注入潤滑劑分子。潤滑劑分子往往分子量比較大，溶脹時間長；溶脹后，材料容易發(fā)生形變或者從基底脫落。雖然也可以通過原位聚合的方法制備聚合物凝膠，但是這種方法得到的材料力學(xué)性能非常差，不能作為涂料使用。(3)潤滑劑含量不可控；超滑材料的超滑性能的持久性直接依賴于潤滑劑的含量。對于交聯(lián)聚合物而言，潤滑劑的含量受限于聚合物網(wǎng)絡(luò)的飽和溶脹率。(4)聚合物材料易燃。