[發明專利]復合Janus顆粒及其制造方法、涂層和層疊體

有效

• 申請號: 202211046443.5
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115322509B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 梁福鑫
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08L33/24
• 分類號: C08L33/24;C08L25/02;C08K9/06;C08K3/36;C09D133/24;C09D125/02;C09D7/62;D06N3/18;D06N3/04;D06N3/12;B05D5/00;B05D7/24;B05D1/38;C03C17/34
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及一種復合Janus顆粒及其制造方法、涂層和層疊體。本發明的復合Janus顆粒具有第一部分和第二部分并且所述第一部分和所述第二部分均露出于所述復合Janus顆粒的表面上，所述第一部分包括疏水性交聯聚合物和具有基于CH＝CHRsubgt;1/subgt;?C(O)?NRsubgt;2/subgt;Rsubgt;3/subgt;(Rsubgt;1/subgt;為氫或甲基，Rsubgt;2/subgt;和Rsubgt;3/subgt;各自獨立地為氫、C1～12烷基或C6～12芳基且不同時為氫)所示的單體的單元的聚合物，所述第二部分包括氧化硅，所述氧化硅的表面上接枝有硅烷偶聯劑。本發明的涂層使用包含本發明的復合Janus顆粒的涂布液來形成。本發明的層疊體包括基材和作為最外層的本發明的涂層。

技術領域

本發明涉及一種復合Janus顆粒及其制造方法、以及使用復合Janus顆粒形成的涂層和包括該涂層的層疊體。

背景技術

能根據溫度、光照、磁強、pH等環境因素調整性能的材料稱為智能材料。隨著現代科技中對于材料的高功能化和靈活性的需要日益增強，智能材料的開發是現代高科技新材料發展的重要方向之一。其中，智能超疏水涂層是學術界和研究的新焦點，具體而言，本領域中期望得到超疏水涂層的疏水性能夠根據溫度、光照、磁強、pH等環境因素調整，甚至達到親水性。

在傳統技術中，表面的水接觸角達到大于140度以上的涂層通常被認為是“超疏水”的，這種超疏水性能可以通過基于化學改性的方法來實現或者通過基于構建粗糙表面的方法來實現。

基于化學改性的方法可以列舉使用長鏈碳氟化合物材料的方法。然而，美國環境保護署(EPA)將長鏈碳氟化合物材料歸類為“新興污染物”，因為它們可能分解成全氟辛酸(PFOA)，具有持久性、生物累積性和對人類潛在的毒性。因此，長鏈碳氟化合物材料尤其不適用于長期直接接觸人體的應用。另外，長鏈碳氟化合物材料本身的價格也往往比較高，且所得涂層也容易剝離，從而持久性相對低。

基于構建粗糙表面的方法可以列舉：(1)化學轉化膜反應法，通過不同的化學反應在金屬表面制備防護層，制備出超疏水表面所需的微觀結構疏水性組分可以在合成過程中引入或是后處理過程中添加；(2)刻蝕法，通過選擇性地化學刻蝕金屬表面的位錯或雜質來獲得粗糙微觀結構，之后接枝低表面能材料以達到超疏水性能；(3)水熱法，通過在高溫或者高壓的水環境下進行合成從而達到超疏水表面所需的微觀結構；(4)陽極氧化法，通過陽極氧化法可以有效地制備微米或納米表面粗糙度，制備超疏水防腐表面；(5)電沉積法，通過在電化學沉積過程中，將溶液中的離子或帶電的微米、納米顆粒沉積到基材上，形成超疏水涂層；(6)溶膠凝膠法，通常通過各種不同具體工藝來實現，如將樣品浸泡在含甲基三氧基硅烷、甲醇、水和氨的溶膠凝膠溶液中，即可制備出超疏水二氧化硅涂層；(7)模板法，基于激光雕刻技術，通過復制模板來精確控制微米、納米結構。然而，雖然這些方法所得涂層的毒性小且持久性強，但是大多數的制備都涉及繁瑣且耗時的過程，需要苛刻的條件或特殊的試劑和設備。尤其是，當考慮將上述方法應用于制備智能超疏水涂層時，通常存在以下問題：由于超疏水性能基于表面結構而得到，該超疏水性能幾乎是不可逆的，因此難以形成智能超疏水涂層。

Janus顆粒是表面同時具有兩種不同化學組成并嚴格分區的新型顆粒，因為其具有結構和性能上的獨特性質所帶來的廣泛的應用前景而廣受人們的關注。近30年來，Janus材料得到了高速發展，展示了諸多新穎性質和誘人的應用前景。同時，因為Janus顆粒上具有多種可反應的化學基團，這就使得對Janus顆粒進行功能化成為了可能。因此，在疏水涂層的應用上，由于能夠容易地制備持久性高的疏水涂層，Janus顆粒也受到了關注。例如，專利文獻1中提供了一種超疏水涂層用兩親性顆粒，其為一側為具有多個聚合物突起部的疏水側且另一側為平滑的親水側的兩親性顆粒，從而容易在表面或界面上自取向，并基于疏水側顯示疏水性。然而，對于如何采用Janus顆粒來制備智能超疏水涂層，沒有進行研究。

因此，本領域中對于制備能夠響應于環境因素而調整顯示出的性能、工業上容易獲得的智能超疏水涂層，依然存在需求。