[发明专利]一种基于蛋白质颗粒的超疏水涂层及制备方法

说明书

本发明提供一种基于蛋白质颗粒的超疏水涂层材料制备方法，包括以下具体步骤：S1：多孔基底材料的预处理；S2：蛋白质颗粒的吸附和固定；S3：低表面能材料改性。本发明对天然或合成的多孔材料均具有广泛的适用性，对原始材料的形状、大小尺寸以及粗糙程度均无特殊限制；本发明使用的溶剂为水或醇，溶剂绿色环保，对生产人员的毒副作用小，制备过程不产生有毒有害物质。本发明选用长链无氟烷烃进行超疏水修饰，避免含氟改性剂对水环境造成的潜在影响。

技术领域

本发明涉及一种在多孔基底上构筑超疏水涂层的制备方法，属于超疏水涂层构筑技术领域。

背景技术

自然界中存在着许多超疏水现象，比如露珠在清晨从荷叶表面滚落，昆虫翅膀可以在潮湿的空气中保持干燥状态，水黾在水面上有着“水上漂”的功夫。当材料表面的水接触角＞150°，且滚动角＜10°时，称此类材料为超疏水材料。超疏水表面在自清洁、防渗透、油水分离、古建筑防潮、船体防腐以及流体运输过程减阻等应用领域具有较大的应用价值。科学家们通过对天然超疏水材料的深入研究，得知这类材料通常具有微米-纳米级的粗糙物理表面结构且含有大量的低表面能化学物质成分。基于以上两种特性，仿生超疏水材料的研究及应用受到研究人员的广泛关注。

目前制备超疏水材料的方法主要分为两类，一种是对原材料表面进行物理或化学刻蚀先形成粗糙的表面结构，再在其表面进行低表面能材料的化学修饰；另一种方法是将纳米颗粒预先固定在基材表面形成微-纳级物理结构，再将低表面能聚合物通过浸润、喷涂或旋涂的方法在其表面进行化学改性。由于第一种方法往往需要强酸、强碱实施刻蚀操作或需等离子体设备辅助，在材料改性过程中产生大量酸、碱废液，同时设备投资成本也大大提高，所以采用第二种方法进行应用研究的较多。但该方法中使用的多为不可降解的无机纳米颗粒其与基底材料的结合强度不高，易脱落，从而使涂层失效；此外，所使用的低表面能材料多为成本高昂的含氟或有毒修饰剂，易造成对水体环境的不可逆破坏。

中国专利CN107858046B采用聚偏氟乙烯为原材料，在疏水涂层生产制备过程中需要加入一些有机溶剂，例如：N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮，但是上述材料多为对人体健康有害的，且原材料为非天然物质，且来源不广泛。中国专利CN107858046B在制备超疏水涂层的过程中，采用烷基硅烷偶联剂、含氟烷基硅烷偶联剂、含氟甲基丙烯酸酯类聚合物、含氟丙烯酸酯类聚合物、含氟有机硅化合物等作为表面修饰剂，上述生产制备过程不环保，不符合绿色化学的研究理念。因此，寻找出一种无毒的纳米颗粒替代物、使用低成本和具有广泛适用性的低表面能物质制备出的涂层对超疏水材料的实际应用更有意义。

蛋白质是广泛存在于动、植物或微生物体内的一种天然物质，其种类繁多、形状各异、尺寸范围广，还富含有大量的氨基和巯基，有望成为上述无机纳米颗粒的替代物，并为蛋白质固定在其他材料表面上提供了可行性。但是传统的蛋白质固定方法通常是利用戊二醛与蛋白质中的氨基进行交联反应，能否有更加低毒无害的交联剂可以实现蛋白质和基底材料的牢固结合呢？自然界中的海洋生物贻贝能分泌出可将自己牢固的附着在岩石或船舶上的贻贝足丝蛋白，该蛋白的主要成分是多巴胺。多巴胺可室温在碱性条件下通过邻苯二酚与邻苯醌之间发生反应进行自聚合，生成聚多巴胺。聚多巴胺能黏附在任意基材表面且形成一种具有二次反应性的连接层，还可与带有-SH、-NH₂、-NH-基团的物质表面形成强共价键。单宁酸是存在于植物体内的一种化学物质，例如葡萄酒内就含有大量的单宁酸，其与多巴胺在碱性条件下的自聚合行为有着极其相似之处。这为蛋白质颗粒与基底材料间提供了两种天然的中间连接层，还为蛋白质团簇的多层固定提供了可能。固定在基材表面的蛋白质又可以和带有无氟疏水性官能团的表面修饰剂进行反应，进而可实现对材料浸润性的转变。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种基于蛋白质颗粒的超疏水涂层制备方法。

本发明的第二目的在于提供上述方法制备的超疏水涂层。