[发明专利]一种柔性耐用的超疏水涂层的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水涂层的制备方法及应用。

背景技术

超疏水表面是指材料表面与水的接触角大于150°，且滚动角小于5°，无论是在学术界还是工业生产中，都引起了广泛的关注。然而，在机械作用力下，超疏水涂层的持久性仍然是一个很大的挑战，尤其是超疏水涂层能够承受较大应变，包括压缩及拉伸应变，这需要疏水层与基底有很强的结合力。超疏水材料不仅可以应用到油水分离中，还可以应用到低温环境设备抗结冰中，如飞机、太阳能发电站、轮船、雷达，甚至是空调冰箱的管道。因为设备表面一旦结冰，设备将无法正常工作，甚至损坏，严重的影响了设备的使用寿命，造成不必要的经济损失，而超疏水表面所具有的抗结冰特性将会延迟水滴在设备表面凝结，相对会延长设备的使用寿命。

提高超疏水涂层机械持久性的方法主要有超疏水涂层的化学交联，超疏水涂层与基底间形成共价键作用，引入弹性纳米复合物、保护性的微米柱及耐机械破坏的微纳米结构，制备具有自修复能力的超疏水涂层等。这些方法可以有效的提高超疏水表面的耐机械破坏性能，包括水洗，机械摩擦，冰冻等。

目前，有很多利用高分子复合物或者耐机械磨损涂层提高超疏水涂层机械持久性的研究，但高分子复合物的制备工艺相对复杂，对反应条件要求高；耐机械磨损涂层需要在特定基底或者特定技术等，如Si基底，微纳米阵列构筑技术等。但是，在弹性基底上构筑具有机械持久性的超疏水涂层的研究还比较少，如海绵，松紧带，橡皮巾等，这不仅要求超疏水涂层与基底的结合强度大，而且，涂层还要具有一定的柔性，在外力作用消失后，它可以在一定程度上向初始状态恢复。

发明内容

本发明是要解决现有的超疏水涂层耐挤压、抗结冰能力差的问题，提供一种柔性耐用的超疏水涂层的制备方法及应用。

本发明柔性耐用的超疏水涂层的制备方法，按以下步骤进行：

一、将弹性基体置于pH为8.5的缓冲液中，除去弹性基体孔隙中的残余气体；

二、然后将多巴胺或多巴胺衍生物溶于步骤一所述的缓冲液中，使缓冲液中多巴胺或多巴胺衍生物的浓度为1～10mg/mL，反应6～48h后，取出样品，用去离子水清洗样品至水溶液无色；

三、将步骤二清洗后的样品浸泡在0.1～4000mg/mL的银氨溶液中，搅拌反应5～20min；

四、然后向银氨溶液中加入还原剂或加入还原剂和添加剂，反应5～90min；银氨溶液中的银氨离子和还原剂的质量比为1～12:1，银氨溶液中的银氨离子和添加剂的质量比为10～20:1；

五、用去离子水清洗样品，再用无水乙醇清洗样品；

六、将步骤五清洗后的样品置于低表面能物质中反应8～24h，然后将样品置于60℃烘箱中烘干；

步骤一所述弹性基体为聚胺酯海绵、密胺树酯海绵或松紧带；

步骤一所述缓冲液为Tris-HCl缓冲液、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液、硼砂-氢氧化钠缓冲液、磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液、Tris-甘氨酸缓冲液，巴比妥-巴比妥钠缓冲液、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液、磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液或磷酸-甘油缓冲液；

步骤二所述多巴胺衍生物为多巴胺-醌、甲基多巴胺或左旋甲基多巴；

步骤四所述还原剂为葡萄糖；步骤四所述添加剂为聚乙烯吡咯烷酮；

步骤五所述低表面能物质为3～20mmol/L硫醇的乙醇溶液、3～20mmol/L月桂酸的乙醇溶液或3～20mmol/L十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液。

上述方法制备的超疏水涂层用于油水分离或制备抗结冰材料。

本发明的超疏水涂层可应用到一些恶劣环境中，如酸性、碱性、超声震荡等环境。

本发明利用多巴胺及其衍生物的自聚合特性、还原特性及黏附特性，将溶液中的金属离子还原成金属纳米粒子，并将其黏附到基体表面。相比于传统化学镀工艺，本方法更简单，产生的环境污染更少，同时也可以在面积较大的材料表面制备超疏水涂层。涂层经过低表面能物质修饰后，可以抵抗数千次机械压缩(应变量超过70％)和拉伸(拉伸应变超过40％)而不失去超疏水特性；同时，本发明制备的超疏水涂层还具有抗结冰特性，可以延缓水滴在基体表面凝结；一旦水滴凝结结冰，可以马上通过简单的机械压缩和拉伸除去结冰水滴。

附图说明