自修复防雾涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自修复防雾涂层及其制备方法。所述方法以甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸磺酸甜菜碱为反应单体，偶氮二异丁腈为引发剂，通过原子转移自由基共聚反应得到共聚物，而后掺杂1

【技术实现步骤摘要】
自修复防雾涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于防雾涂料
，涉及一种自修复防雾涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]当环境温度和湿度发生变化时，空气中的水分子会在材料表面凝结而形成雾滴。雾滴的形成与存在严重阻碍光线透过，不仅会给人类生活生产带来诸多不便，在一些特定领域诸如医疗设备中，普遍存在的镜头雾化现象可造成镜像模糊，进而干扰正常手术处理，严重者则导致医疗事故。近年来，防雾涂层在各种实际应用中越来越受到人们的重视，包括护目镜、挡风玻璃、太阳能电池、医疗/分析仪器和其他工业设备。现有的制备防雾涂层的方法中，一种有效的策略是在透明基材的表面上构建薄的亲水性聚合物涂层，例如聚乙二醇(PEG)、丙烯酸聚合物和聚合物季铵盐等，它们可以有效地通过将冷凝的水滴散布成连续的薄水膜而不是形成许多小液滴，从而减少可见光散射来防止材料表面形成雾滴。但是，这些亲水性聚合物基防雾涂层十分柔软，在材料使用过程中容易受到刮擦和磨损等机械损伤，从而导致其透明度和防雾性能的下降，因此如何制备长期有效的柔性防雾涂层是一个挑战。
[0003]受生物体自修复功能的启发，研究人员制备出自修复材料。当材料受到损伤时，具有自修复功能的材料可以恢复其结构完整性和原始功能。将自修复功能引入防雾涂层中有望制备出长期有效的防雾涂层。根据是否需要外部修复剂可将自修复材料分为外源型自修复材料和本征型自修复材料。基于微囊型的外源型自修复材料由于透明胶囊会强烈散射可见光，因此在技术上很难制造出透明的自修复涂层。本征型自修复材料利用非共价键或共价键的动态可逆性来修复损伤，因此非常适合制备自修复防雾涂层。Sun等使用聚亚乙基亚胺(PEI)和透明质酸与聚丙烯酸(HA-PAA)的混合物通过层层组装方法制备了可以修复透明性和膜结构的高效防雾聚合物涂层。当该聚合物涂层表面受到刮擦或割伤时，它在暴露于水后可修复这些损伤且修复过程可以在同一位置多次重复(Wang Y,Li T,Li S,et al.Antifogging and frost-resisting polyelectrolyte coatings capable of healing scratches and restoring transparency.Chem.Mater,2015,27(23):8058-8065)。然而，该防雾涂层仅能够在暴露于水之后进行自修复。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种自修复防雾涂层及其制备方法。该涂层对温度和湿度变化具有优异的防雾效果，同时具有的自修复性能能够有效延长涂层的使用寿命。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]自修复防雾涂层的制备方法，以甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBM)和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱(SBMA)为单体，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，通过原子转移自由基共聚反应(ATRP)合成共聚产物，然后掺杂1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐离子液体，最终制得自修复防雾涂层，具体步骤如下：
[0007]步骤1，制备两性离子SBMA：将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1,3-丙磺酸内酯溶于丙酮中，在氮气气氛中于室温下避光反应，反应结束后，在无水乙醚中析出，28～30℃真空干燥得到两性离子SBMA；
[0008]步骤2，制备共聚物HFBM-co-SBMA：将SBMA、HFBM和AIBN溶于二甲亚砜(DMSO)中，冻融除氧，再在70～80℃下反应，反应结束后，在纯水中析出，过滤洗涤，干燥，得到共聚物HFBM-co-SBMA，其中SBMA与HFBM的摩尔比为1:9～3:7；
[0009]步骤3，制备功能化涂层：将共聚物HFBM-co-SBMA与1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐离子液体溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，均匀地涂在玻璃片表面，梯度升温至80℃干燥，得到自修复防雾涂层。
[0010]优选地，步骤1中，所述的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与1,3-丙磺酸内酯的摩尔比为1:1～1:1.5，更优选为1:1。
[0011]优选地，步骤1中，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1,3-丙磺酸内酯分别溶于丙酮中，随后在氮气气氛下将1,3-丙磺酸内酯溶液逐滴滴加至甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中。
[0012]优选地，步骤1中，避光反应时间为48小时。
[0013]优选地，步骤2中，反应时间为48小时。
[0014]优选地，步骤2中，所述的干燥为先在80～85℃下烘干24小时，再在75℃下真空干燥48小时。
[0015]优选地，步骤2中，AIBN预先在60℃水浴中提纯，以提高反应转化率，反应及过滤装置均需预热。
[0016]优选地，步骤2中，所述的AIBN用量为总质量的2％～5％，所述的总质量为SBMA和HFBM的质量总和，更优选为2％。
[0017]优选地，步骤2中，所述的冻融除氧为使用液氮将反应混合液进行冷冻，然后室温下自然融化，重复三次以完全除去混合液中的溶解氧，提高反应转化率。
[0018]优选地，步骤3中，所述的离子液体质量为总质量的25％～30％，所述的总质量为共聚物HFBM-co-SBMA与1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐离子液体的质量的总和。
[0019]优选地，步骤3中，将共聚物HFBM-co-SBMA与1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐离子液体溶于DMF后，将混合液进行离心，除去气泡及杂质。
[0020]本专利技术的自修复防雾涂层具有优异的高效吸收空气中水分子的能力。当水滴在涂层表面凝结时，涂层可以快速吸收水分，涂层中的亲水基团可以与吸附的水分子形成氢键，水分子以分子的形式分散在涂层中，因此涂层能防止水滴聚集成雾滴。此外，该涂层中含有大量的超分子键(氢键与离子键)，赋予涂层室温自修复的能力，延长涂层使用寿命。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术的自修复防雾涂层可以吸收空气中的水分子，利用涂层中的亲水性基团以分子形式均匀分散吸收的水分，防止水分子在其表面聚集成雾滴。由于该涂层吸水能力强且吸水速度快，即使在极端的结雾条件下，该涂层仍能保持优异的防雾性能。
[0023](2)本专利技术的自修复防雾涂层中存在大量的超分子键(氢键与离子键)，赋予涂层以自修复的能力。室温下能不借助任何外界刺激快速修复受损区域，极大地提高了涂层的使用寿命。
[0024]综上所述，本专利技术的自修复防雾涂层同时兼具防雾与室温自修复能力，适用于护目镜、挡风玻璃、医疗/分析仪器等领域。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的两性离子SBMA的核磁图谱。
[0026]图2为实施例1制备的共聚物HFBM-co-SBMA的核磁图谱。
[0027]图3为实施例1制备的共聚物HFBM-co-SBMA的红外图谱。
[0028]图4为实施例1,2,3制备的自修复防雾涂层的防雾效果图。
[0029]图5为对照例1,4制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自修复防雾涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，制备两性离子SBMA：将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1,3-丙磺酸内酯溶于丙酮中，在氮气气氛中于室温下避光反应，反应结束后，在无水乙醚中析出，28～30℃真空干燥得到两性离子SBMA；步骤2，制备共聚物HFBM-co-SBMA：将SBMA、HFBM和AIBN溶于DMSO中，冻融除氧，再在70～80℃下反应，反应结束后，在纯水中析出，过滤洗涤，干燥，得到共聚物HFBM-co-SBMA，其中SBMA与HFBM的摩尔比为1:9～3:7；步骤3，制备功能化涂层：将共聚物HFBM-co-SBMA与1-乙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐离子液体溶于DMF中，均匀地涂在玻璃片表面，梯度升温至80℃干燥，得到自修复防雾涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与1,3-丙磺酸内酯的摩尔比为1:1～1:1.5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和1,3-丙磺酸内酯分别溶于丙酮中，随后在氮气气氛下将1,3-丙磺酸内酯溶液逐滴滴加至甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅佳骏，沈涛，王成，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：