一种有机/无机杂化水下超疏油涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机/无机杂化水下超疏油涂层及其制备方法，将洗净的基材进行氧化处理，然后冲洗并吹干，得到表面羟基化的基材；将甲基丙烯酸3‑三甲氧基硅丙酯、聚合物单体以及溶有偶氮二异丁腈的四氢呋喃溶液加入到甲醇与异丙醇的混合液中，反应得到共聚物；向共聚物中加入无水乙醇和TEOS，然后将催化剂和无水乙醇混合后匀速逐滴加至混合液，加热反应，反应结束后降至室温，制备得共聚物/二氧化硅乙醇溶液；采用浸渍提拉法将表面羟基化的基材从共聚物/二氧化硅乙醇溶液中以提拉出来，即得到有机/无机杂化水下超疏油涂层。本发明专利技术制备过程简单、成本低、反应条件温和，可大面积生产，在自清洁、石油运输、油水分离等领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种有机/无机杂化水下超疏油涂层及其制备方法
本专利技术属于特殊涂膜
，具体涉及一种有机/无机杂化水下超疏油涂层及其制备方法。
技术介绍
润湿性是固体表面的重要特征之一，是一种较为常见的界面现象，主要由固体材料表面化学组成和特殊形貌共同起作用。而特殊润湿性的固体材料在船舶防污、抗雾、微液滴操控、石油运输、油水分离、自清洁、抗生物黏附、防腐蚀等领域具有良好的应用前景。自然界中的荷叶上表面，由于存在特殊形貌以及疏水性的化学成分，可使水滴在其上表面表现出超疏水以及较小滚动角的效果，进而保持表面清洁，称这一现象为“荷叶效应”。而荷叶的下表面，由于存在特殊形貌以及亲水性的化学成分，可使油滴在其下表面表现出水下超疏油的效果，使其免受油污的污染。受此启发，将亲水性或疏水性的化学组成与特殊的微观形貌相结合，制备出具有特殊润湿性的固体材料表面，如超亲水、超疏水、超双亲、超疏油、超双疏、水下超疏油、超亲水及水下超疏油表面等。水下超疏油表面是指在油/水/固三相体系，水下油接触角＞150°的表面，在微液滴操控、抗生物黏附、自清洁、船舶防污以及石油运输等领域具有良好的应用前景。无机涂膜具有良好的热稳定性、机械强度高、耐化学和生物侵蚀、易于清洗等优点，但存在质脆、加工成本高、大面积制备困难等缺点。有机高分子涂膜具有制膜过程相对简单、成膜性好、柔韧度高等优点，但存在抗污染性差、机械强度差，不易清洗等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机/无机杂化水下超疏油涂层及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术制备工艺简单，反应条件温和，成本低，可大面积生产，制得的产品具有良好水下超疏油特性。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1：取基材进行清洗；步骤2：将洗净的基材浸于H2SO4和H2O2的混合溶液中进行氧化处理，氧化处理结束后采用蒸馏水冲洗，然后吹干，得到表面羟基化的基材；步骤3：将甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯、聚合物单体、以及溶有偶氮二异丁腈的四氢呋喃溶液加入到甲醇与异丙醇的混合液中，在N2保护下加热反应，得澄清溶液，然后降至室温，旋转蒸发后，加入无水乙醚，冷藏过夜，移除上清液，将所得沉淀物干燥，即得共聚物；所述聚合物单体为丙烯酰胺类、吡咯烷酮类、丙烯酸类、丙烯酸酯类或丙烯腈类；步骤4：称取共聚物，向其中加入无水乙醇和TEOS，搅拌溶解得混合液，然后将催化剂和无水乙醇混合后匀速逐滴加至混合液，加热反应，反应结束后降至室温，制备得共聚物/二氧化硅乙醇溶液；步骤5：采用浸渍提拉法将表面羟基化的基材从共聚物/SiO2乙醇溶液中以提拉出来，即得到有机/无机杂化水下超疏油涂层。进一步地，步骤1中基材为玻璃、硅片、纤维片、金属片或金属氧化物片。进一步地，步骤1具体为：将基材用去污粉浸泡过夜，然后依次采用洗洁精、自来水和蒸馏水清洗表面；再用无水乙醇、无水丙酮和蒸馏水的混合液超声处理，然后采用蒸馏水冲洗后吹干。进一步地，步骤2中H2SO4和H2O2的体积比为7:3，氧化处理的温度为90℃，时间为1h。进一步地，步骤3中甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯与聚合物单体的质量比为1:2～1:20，偶氮二异丁腈的质量为聚合物单体质量的0.2％～2％；甲醇与异丙醇的体积比为1:5～5:1，当甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯、聚合物单体、以及溶有偶氮二异丁腈的四氢呋喃溶液加入到甲醇与异丙醇的混合液中后，溶液的质量浓度为5％～30％。进一步地，步骤3中加热反应的温度为50～65℃，时间为8～24h；干燥方式为真空干燥，干燥温度为20～50℃。进一步地，步骤4中共聚物、无水乙醇和TEOS的比例为(0.1g～1g)：20mL：(0.15mL～1mL)；TEOS与聚合物质量比为1.4～2，催化剂与TEOS质量比为2～8；步骤4中第一次加入的无水乙醇为无水乙醇总体积的90％，第二次加入的无水乙醇为无水乙醇总体积的10％。进一步地，步骤4中加热反应的温度为30～70℃，时间为4～12h；所述催化剂为盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、硼酸、氨水或氢氧化钠。进一步地，步骤5中提拉速度为5～30cm/min，干燥温度为90～120℃，干燥时间为0.5～12h。一种上述方法制备的有机/无机杂化水下超疏油涂层，所述有机/无机杂化水下超疏油涂层水下对油接触角大于150°。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的水下超疏油涂层的制备方法，反应条件温和，操作简单，成本低，可大面积生产。实验结果表明，通过调控聚合物与正硅酸乙酯质量比，可实现粘附力大小的控制且水下油接触角均大于150°，表现出良好的水下超疏油性能，在水下油滴操控及油水分离等领域具有良好的应用前景。因为聚合物具有良好的亲水性，可与大量水分子通过分子间氢键相互结合，而纳米SiO2为涂层提供一定的粗糙结构，因此，所制备涂层表面可形成稳定的水化层，以阻止油滴在涂层表面的渗透，从而达到水下超疏油的效果。附图说明图1为实施例1N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯共聚物P(NIPAm-co-TMSPMA)的红外谱图，其中，a为NIPAm红外谱图，b为P(NIPAm-co-TMSPMA)红外谱图。图2为实施例1P(NIPAm-co-TMSPMA)TGA和DTG图。图3为实施例1P(NIPAm-co-TMSPMA)/SiO2涂层SEM。图4为实施例1P(NIPAm-co-TMSPMA)/SiO2涂层水下油接触角(162°)。具体实施方式下面对本专利技术的实施方式做进一步详细描述：一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，具体步骤如下：1.基材表面的清洗：取一块20×30mm2基材依次用去污粉浸泡过夜、洗洁精、自来水和蒸馏水清洗表面；再用无水乙醇、无水丙酮和蒸馏水的混合液超声处理15min，大量蒸馏水冲洗，吹风机吹干。2.基材表面羟基化：将洗净的基材浸于V(H2SO4)：V(H2O2)＝7:3的混合溶液，90℃氧化处理1h，大量蒸馏水冲洗，N2吹干，以备用；所述基材可为普通玻璃、硅片、纤维、金属及其氧化物。3.共聚物(分子量2000～20000)制备：将一定量的甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯(TMSPMA)，聚合物单体，TMSPMA和聚合物单体质量比为(1:2～1:20)，溶有偶氮二异丁腈(占聚合物单体总量的0.2wt％～2wt％)的适量四氢呋喃溶液，加入到甲醇与异丙醇(V:V＝1:5～5:1)的混合液中，溶液质量浓度为(5wt％～30wt％)，N2保护，反应温度(50～65℃)密封反应(8～24h)，得澄清溶液。降至室温，旋转蒸发至一定浓度，加入到10倍量的无水乙醚，冷藏过夜，移除上清液，所得沉淀物放至(20～50℃)真空干燥，并密封保存，制备得共聚物。所述聚合物单体包括丙烯酰胺类、吡咯烷酮类、丙烯酸类、丙烯酸酯类、丙烯腈类。4.共聚物/二氧化硅的乙醇溶液制备：分别称取一定量共聚物(0.1g～0.5g)于圆底烧瓶中。向其中加入18mL无水乙醇和TEOS(0.15mL～1mL)，磁力搅拌溶解30min。采用恒压分液漏斗将催化剂和2mL无水乙醇溶液匀速逐滴加至上述溶液，(30～60℃)反应(4～12)h，降至室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取基材进行清洗；步骤2：将洗净的基材浸于H2SO4和H2O2的混合溶液中进行氧化处理，氧化处理结束后采用蒸馏水冲洗，然后吹干，得到表面羟基化的基材；步骤3：将甲基丙烯酸3‑三甲氧基硅丙酯、聚合物单体、以及溶有偶氮二异丁腈的四氢呋喃溶液加入到甲醇与异丙醇的混合液中，在N2保护下加热反应，得澄清溶液，然后降至室温，旋转蒸发后，加入无水乙醚，冷藏过夜，移除上清液，将所得沉淀物干燥，即得共聚物；所述聚合物单体为丙烯酰胺类、吡咯烷酮类、丙烯酸类、丙烯酸酯类或丙烯腈类；步骤4：称取共聚物，向其中加入无水乙醇和TEOS，搅拌溶解得混合液，然后将催化剂和无水乙醇混合后匀速逐滴加至混合液，加热反应，反应结束后降至室温，制备得共聚物/二氧化硅乙醇溶液；步骤5：采用浸渍提拉法将表面羟基化的基材从共聚物/SiO2乙醇溶液中以提拉出来，即得到有机/无机杂化水下超疏油涂层。

【技术特征摘要】
1.一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取基材进行清洗；步骤2：将洗净的基材浸于H2SO4和H2O2的混合溶液中进行氧化处理，氧化处理结束后采用蒸馏水冲洗，然后吹干，得到表面羟基化的基材；步骤3：将甲基丙烯酸3-三甲氧基硅丙酯、聚合物单体、以及溶有偶氮二异丁腈的四氢呋喃溶液加入到甲醇与异丙醇的混合液中，在N2保护下加热反应，得澄清溶液，然后降至室温，旋转蒸发后，加入无水乙醚，冷藏过夜，移除上清液，将所得沉淀物干燥，即得共聚物；所述聚合物单体为丙烯酰胺类、吡咯烷酮类、丙烯酸类、丙烯酸酯类或丙烯腈类；步骤4：称取共聚物，向其中加入无水乙醇和TEOS，搅拌溶解得混合液，然后将催化剂和无水乙醇混合后匀速逐滴加至混合液，加热反应，反应结束后降至室温，制备得共聚物/二氧化硅乙醇溶液；步骤5：采用浸渍提拉法将表面羟基化的基材从共聚物/SiO2乙醇溶液中以提拉出来，即得到有机/无机杂化水下超疏油涂层。2.根据权利要求1所述的一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中基材为玻璃、硅片、纤维片、金属片或金属氧化物片。3.根据权利要求1所述的一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，其特征在于，步骤1具体为：将基材用去污粉浸泡过夜，然后依次采用洗洁精、自来水和蒸馏水清洗表面；再用无水乙醇、无水丙酮和蒸馏水的混合液超声处理，然后采用蒸馏水冲洗后吹干。4.根据权利要求1所述的一种有机/无机杂化水下超疏油涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中H2SO4和H2O2的体积比为7:3，氧化处理的温度为90℃，时间为1h。5.根据权利要求1所述的一种有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝红，董广利，王君，刘建连，赵夏，段艳萍，李琳，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61