[發明專利]一種粒徑可控的硅氟聚合物納米粒子及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202011072813.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112175154B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 趙瑋;譚浩;劉天慶;賈中凡
• 申請（專利權）人: 杭州萬觀科技有限公司
• 主分類號: C08F293/00
• 分類號: C08F293/00;C08F2/38;C08G77/392
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明提供了一種粒徑可控的氟硅聚合物納米粒子，所述氟硅聚合物具有如下式(I)所示的結構：本發明通過簡易的操作，比如調控反應時間，可以高效、穩定、成本低廉地獲得不同粒徑的硅氟聚合物納米粒子。所得硅氟聚合物上還有羥基、羧基等基團，可以方便地和其他材料，比如含有異氰酸酯基團的物質交聯固化，得到超順滑的涂層。硅氟聚合物中有機硅的鏈段增加了涂層的順滑性能，降低液體在涂層上的粘附力，降低滑動角。不僅具有有益的疏水性能，還同時具有有益的疏油性能。進一步地，所得到的超順滑涂層在外力作用使得涂層被破壞情況下，可通過加熱而達到自修復、耐磨損的效果，有效增加了涂層的持久性。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，特別是指一種硅氟聚合物納米粒子。

背景技術

制備具有特殊浸潤功能的表面，是界面科學領域的研究熱點。自上世紀70年代“荷葉效應”被發現以來，仿生超疏水表面為物體帶來減阻、防污、自清潔等優良特質的研究得到持續關注與發展，也作為一個仿生學的生動例子在自然和技術之間搭起了一道橋梁。但是，時至今日，超疏水涂層在目前生產生活中的實際應用還存在諸多未能克服的問題，例如大多數超疏水材料仍存在較差的耐用性，機械強度低，它們脆弱而多孔的表面質地和薄弱的附著力甚至可以通過手指輕掃而輕松移除。目前少數報道的幾款超疏水材料，以砂紙磨擦、膠帶剝離為測試均表現出相對良好的機械耐久性。然而，所有這些報告的材料都存在材料系統單一，價格昂貴，很難工業化生產等不足。

超順滑是自然界另一種具有特殊浸潤效應的結果，2011年哈弗大學Aizenberg課題組仿生豬籠草光滑表面捕食昆蟲的原理，第一次提出了易滑液體灌注多孔表面(Slippery liquid infused porous surface，SLIPS)的概念。其本質在于，通過低表面能的液體灌注多孔結構，將多孔固體中的氣膜替換為液膜，形成更為穩定的“固/液復合膜層”，克服了超疏水結構“固/氣”表面存在的穩定性差等問題。因灌注于多孔結構中的潤滑液的低表面能特性，使環境液體在該“固/液復合結構”表面具有較大接觸角及較小滑動角，難以對表面附著或入侵，因此該表面也稱為“超順滑表面”。超順滑表面表現出獨特的自清潔、自修復、防沾污等性能，自開發以來迅速成為研究熱點，并在防腐、防冰防霧、抗菌防污、油水分離等領域表現出廣闊的應用前景。然而，目前如何制備出性能穩定的超順滑表面依然存在很大挑戰。一方面，超順滑表面的設計與制備標準未見明確報道，如基底粗糙度最佳范圍，適用的潤滑油有哪些，如何評價超順滑表面可靠性等都沒有明確提出。另一方面，制備過程中所用的潤滑油雖然具有化學惰性，但是分子擴散始終都在進行，長時間和環境介質接觸，潤滑油終將失效。高溫、水流沖擊、結冰-解凍循環過程中對超順滑表面造成的破壞和失效仍未得到解決，因此，如何制備環境適應性強，服役可靠，性能高的超滑表面，亟需科研人員努力攻克。

除了通過低表面活性能的物質外，還可以通過材料表面構筑微納結構，通過改變表面粗糙度來提高表面疏水性，其中微米-納米的微納結構是目前構建疏水材料和表面的一個研究方向。用化學方法或者脈沖激光或超快脈沖激光制備各種微納結構，實現疏水性已有許多專利和文獻報道，但是構建微米-納米的多級微觀結構，制備工藝復雜，成本高，效率低，重復性不夠好，對試驗條件和疏水物質的尺寸，形貌提出較高的要求，操作復雜，并不利于工業化的生產。

氟硅聚合物兼有有機硅和有機氟的優點，具有有益的潤滑性、成膜性和表面能低的特點，目前對氟硅聚合物在超順滑材料領域中涉及部分應用，主要是將氟硅聚合物和一些無機納米粒子一起復配，比如和納米SiO₂，納米TiO₂，可以在玻璃表面形成均勻光滑的涂層，納米無機材料的引入顯著提高了涂層的疏水性。還有現有技術是利用乳液聚合方法，以丙烯酰氧基硅氧烷修飾的納米SiO₂為核，含氟丙烯酸酯聚合物為殼的聚合物。但是上述方法得到的納米粒子材料大多是以無機納米材料為骨架材料，其機械強度和耐腐蝕性能欠佳，而且粒徑不可控，并不是理想的作為超順滑涂料的納米材料。