[发明专利]超疏水涂层用两亲性颗粒及其制备方法、和超疏水涂层

说明书

本发明涉及一种超疏水涂层用两亲性颗粒及其制备方法、和超疏水涂层。所述制备方法包括：在乳液中将第一硅前驱体和第二硅前驱体进行反应以制备一侧为具有多个突起部的亲水侧且另一侧为平滑的疏水侧的两亲性颗粒A；将两亲性颗粒A的亲水侧用引发剂改性、以及通过引发剂聚合接枝疏水性的聚合物，得到颗粒B；以及将所述颗粒B的平面疏水侧用硅烷偶联剂改性，得到一侧为具有多个聚合物突起部的疏水侧且另一侧为平滑的亲水侧的超疏水性涂层用两亲性颗粒。本发明的制备方法对生产设备要求低、反应条件温和，能够进行批量化生产；而且，用所述两亲性颗粒制备超疏水涂层的过程简单、适用范围广，且所形成的超疏水涂层与基底结合牢固，超疏水特性持久。

技术领域

本发明涉及超疏水性涂层技术领域，更具体地，涉及超疏水性涂层用两亲性Janus颗粒及其制备方法、及由此颗粒制备的超疏水涂层。

背景技术

超疏水性表面已在自然界生物的长期进化中产生，许多动植物（如荷叶、水稻叶和水黾腿）表面具有超疏水的自清洁效果，最典型的代表是所谓的荷叶效应。Barthlott和Neinhuis等人(Barthlott W,Neinhuis C.“Purity of the sacred lotus,or escapefrom contamination in biological surfaces”.Planta1997,202:1-8)通过观察植物叶表面的微观结构，认为自清洁特征是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面存在的蜡状物共同引起的。江雷等人(Feng L,Li SH,Li YS,Li HJ,Zhang LJ,Zhai J,Song YL,Liu BQ,Jiang L,Zhu DB.“Super-Hydrophobic Surfaces:From Natural to Artificial”.Adv.Mater.2002,14:1857-1860)进一步研究发现荷叶表面微米结构的乳突上还存在着纳米结构，而这种纳/微米阶层结构是引起表面超疏水的根本原因。因此，固体表面微观几何结构对材料表面超疏水性能具有决定作用。

超疏水涂层指与水滴接触角大于150°的涂层，超疏水涂层具有自清洁、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工业领域中具有潜在的、广阔的应用前景。目前国内外超疏水涂层研究很多，其中大部分都是仿照荷叶表面的特殊微纳结构，构造特殊微纳二元结构表面达到超疏水的目的。一般来说，制备超疏水性表面必须满足两个条件：一是物质的表面具有很低的固体表面能；二是在低表面能物质的表面上构建有一定粗糙度的微米与纳米相结合的阶层结构。表面材料的润湿性是决定亲水和疏水的前提，而表面微结构是显著提高其疏水性能的关键因素。目前，超疏水涂层的制备方法主要有气相沉积法、刻蚀法、静电纺丝法、粒子填充法等。气相沉积法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法等，它是将各种疏水性物质通过物理或化学的方法沉积在基底表面的过程。Julianna A等人(Julianna A,SandraE,Jilska M,Geoff W.“Stevens,fabrication of a superhydrophobic polypropylenemembrane by deposition of a porous crystalline polypropylene coating”.J MembrSci.2008,318:107-110)通过气相沉积法，在聚丙烯膜表面沉积多孔晶状聚丙烯涂层，使聚丙烯涂层呈现超疏水性，其接触角达到169°。刻蚀法通常是通过物理或化学的方法将目标物表面微刻蚀成微粗糙形貌的过程。McCarthy等人（Chen W,Fadeev A Y,Hsieh M C,Thomas J McCarthy.“Ultra Hydrophobic and ultra hydrophobic surfaces:somecomments and examples”.Langmuir1999,15:3395-3399）用等离子刻蚀处理技术以七氟化丙烯酸酯处理光滑的涤纶表面上制备了PET的超疏水膜。他们发现，处理后的膜呈现一定的粗糙结构，并且刻蚀时间越长，其表面粗糙度越大。Kanga等人（Minsung Kanga,RiraJunga,Hun Sik Kima.“Preparation of superhydrophobic polystyrene membranes byelectro spinning”.J Colloids Surf2008,29:1-3.）以二甲基酰胺、四氢呋喃、三氯甲烷等为溶剂，以聚苯乙烯为原料，以电纺法制备了接触角为154°的纤维膜。该电纺纤维膜形态上具有微纳米级突起结构，微米纳米的突起的镶嵌使得膜表面的表面粗糙增大，接触角增大。粒子填充法主要是将疏水性微米纳米级颗粒填充在疏水性膜中，形成杂化膜。这些粒子包括硅、聚四氟乙烯、氧化钛、石膏、金属氧化物等微纳米颗粒。这种杂化膜在填充的微米纳米颗粒的镶嵌作用下，使得膜表面呈现起伏不平的三维粗糙结构，疏水性得到改善。Khorasani等人(Khorasani MT,Mitzadeh H,Kermani Z.“Wettability of porouspolydimethylsiloxane surface:Morphology study”.J Phys Chem B,2005,109:4048-4052.)报道了用微纳米的石膏、金属氧化物等填充法制备的接触角可达160°的超疏水性膜。他们认为由于微米纳米的颗粒填充物在聚合物之间形成交联结构，既增加膜的强度，同时使膜表面的粗糙度增加，疏水性能提高。