[发明专利]一种超疏水用微纳双级聚合物复合微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水用微纳双级聚合物复合微球的制备方法，属于超疏水材料制备技术领域。本发明选择合适的模板、单体、交联剂以及刻蚀剂制备聚合物空心微球，基于其优良的吸附性能将相应单体、引发剂及其它试剂吸附于空心微球内部，待施加于相应基材上后经热引发使被吸附单体发生聚合进而在微球表面产生乳突状结构，从而制备出具有微纳双级聚合物复合微球的超疏水表面。本发明制备的超疏水表面能够满足特殊群体在特定条件下的拒水、防水要求，且具有良好的耐久性。

技术领域

本发明涉及一种超疏水用微纳双级聚合物复合微球的制备方法，属于超疏水材料制备技术领域。

背景技术

超疏水材料是指表面静态水接触角大于150°、水滚动角小于10°的功能性材料，该类材料被广泛地应用于拒水、抗污、防雾、防雪、自清洁、防腐以及抗氧化等领域，尤其在研发超疏水、自清洁化功能纺织品中具备较高的应用前景。在自然界中普遍存在天然的超疏水表面，比如某些植物叶部及花瓣表面、鸟类羽毛、昆虫躯干和爬行动物脚面等等，其优异的超疏水性能以及特殊的微观结构引起了学界的密切关注。

自发现“荷叶效应”并从中受到启发开始，学界对荷叶表面优异的超疏水和自清洁性能开展了广泛的研究和具有探索性的仿生模拟尝试。Barthlott和Neinhuis等对荷叶表面特殊的自清洁作用进行了深入研究，研究结果表明超疏水现象和自清洁功能是由荷叶表面上所具有的微米级粗糙乳突以及表面蜡状物的共同存在引起的。然而Cheng等的研究指出荷叶表面蜡质层的本征接触角仅为74°左右，故说明表面微观粗糙结构对荷叶的超疏水性能起主要贡献作用。Jiang等通过相关测试手段又发现在荷叶表面微米结构的乳突上还存在着纳米结构，认为微米与纳米结构相结合的阶层结构是造成荷叶表面具有超疏水性的根本原因。故基于上述研究认为具备超疏水功能的表面通常应具有较低的表面能以及一定的表面粗糙度，且若将二者结合可展现出较优的超疏水性能。目前，研究人员对超疏水材料展开的研究主要分为以下两个方面：一、对于自然界中某些生物体具备超疏水功能的机体表面微观结构及化学成分进行分析研究，进而通过相应方法仿生模拟超疏水表面。二、利用低表面能试剂对基材进行表面处理以降低基材的固体临界表面张力，从而使被处理表面达到超疏水效果。

制备超疏水材料的常用方法一般有模板刻蚀法、溶胶凝胶法、静电纺法、高能粒子溅射法、化学气相沉积法以及自组装构造法等。中科院江雷课题组以多孔氧化铝为模板，通过模板挤压法使聚合物进入氧化铝的孔道中，除去模板后得到纳米纤维阵列，从而制备出了聚丙烯睛和聚乙烯醇的纳米纤维阵列膜，膜表面与水的静态接触角分别高达173.8°和171.2°。Shirtcliffe等人利用光刻蚀和电化学沉积联用的工艺，在铜表面制备出具有双级粗糙度阶层结构，经氟化处理后表面与水的静态接触角达到了160°。Kanamori等以乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷为原料，通过溶胶-凝胶工艺制备出超疏水和自清洁的硅气凝胶材料，其具有纳米粒子连接而成的多孔微观结构，故在实际应用中该多孔材料所具有的静态水接触角均高于150°。Jiang等采用简便的静电纺丝技术，制备了具有类似荷叶状表面结构的聚苯胺/聚苯乙烯复合薄膜，该表面在许多腐蚀性和氧化性溶液中具有稳定的超疏水性能和导电性能，研究表明通过控制聚苯乙烯在溶液中的浓度可以控制材料表面的形貌，从而进一步控制其疏水性能和导电性能。Gui等利用化学气相沉积法制备出了由碳纳米管构成的互通三维网络结构超疏水材料，该材料具有超低的密度和较高的孔隙率，在自清洁应用中展现出良好的性能。Ren等先将铝片在沸水中高温处理一段时间形成粗糙表面，再涂覆上聚乙烯亚胺，然后通过羧基和胺基的化学键结合吸附自组装硬脂酸单分子层，得到与水的静态接触角为166°的超疏水薄膜。

国内外研究人员从荷叶、壁虎、水黾等生物的超疏水微观粗糙结构中获得启示，进而制备出了具备超疏水功能的微纳米材料并进行了相关应用。但目前开发出的超疏水材料还存在诸多的问题，如耐久性能较差、对于某些油污的自清洁效果不佳、精准且受控的构筑微纳双级粗糙结构方法尚待开发以及现有的超疏水应用工艺较为复杂。

发明内容