一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法，首先通过自由基聚合反应合成PS

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超疏液涂层的制备方法，尤其涉及一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法，属于超疏液涂层制备


技术介绍

[0002]超疏液涂层是一种对水、油等液体均具有较高的接触角（CA > 150
°
）以及较低滚动角的特殊表面。由于其独特的润湿性，超疏液涂层在防腐、防结冰以及自清洁等领域具有广泛的应用前景。目前为止，研究者们已经开发出多种制备超疏液涂层的方法，例如：溶胶凝胶法、刻蚀法、自组装法、气相沉积法等。尽管超疏液涂层在各领域具有广泛的应用前景，但是其耐久性较差，严重限制了其实际应用。
[0003]迄今为止，研究者们已经开发出多种提升超疏液涂层耐久性的方法，例如：构筑微米“铠甲”来保护纳米结构、构筑自相似结构、引入粘结剂等等。在这些方法中，引入粘结剂来制备耐久型超疏液涂层由于具有操作简单、可大面积制备等优势而受到广大研究者们的青睐。专利CN108587447B首先采用烷基链类硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行超疏水改性，然后将其分散至烷类溶剂中并且引入聚二甲基硅氧烷作为粘结剂，最后将其重复多次涂覆至基材表面成功制得耐久型透明超疏水涂层。专利CN112175520A首先在纳米粒子表面接枝低表面能分子对其进行低表面能改性，随后引入室温固化树脂进行混合制得均匀的分散液，通过旋涂或喷涂的方式将其涂覆至基材表面制得超疏水涂层。该涂层展现出良好的透明、超疏水、耐久性以及自清洁等性能。
[0004]虽然通过引入粘结剂来提升超疏液涂层的耐久性已经取得了丰硕的成果，但是粘结剂引入后通常会将低表面能纳米粒子包埋，这使得超疏液涂层的表面能较高，进而导致微液滴在涂层表面处于Wenzel状态，使得超疏液涂层丧失其功能性，严重限制了其实际应用。本团队专利技术专利CN113308151A通过相分离合成FEVE粘结剂微球，然后将低表面能纳米粒子包裹在微球表面，有效地避免了粘结剂的引入对低表面能纳米粒子的包埋问题，成功制得了具有优异耐候性的超疏微液滴涂层。然而，这一涂层的表面能仍然相对较高，导致其只能对大于1μL的液体具有超疏液性能，而体积小于1μL微小液滴易粘附。此外，由于该涂层采用了低介电常数的纳米粒子，导致涂层表面存在静电作用，也使得体积小于1μL的微小液滴粘附于涂层表面。微小液滴的粘附问题会导致涂层逐渐被污染，严重限制了超疏液涂层的实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法，可有效地解决目前超疏液涂层存在的问题。
[0006]一、基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法本专利技术基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法，包括
以下步骤：（1）聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物（以下简称：PS
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HFA）低表面能粘结剂的合成：将去除阻聚剂的苯乙烯、全氟癸基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈引发剂依次加入四氢呋喃中混合均匀，然后在氮气保护下，于60~80℃回流反应18~30h至粘稠状，即合成PS
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HFA低表面能粘结剂。所述苯乙烯与全氟癸基丙烯酸酯的摩尔比为1:1~1:4，苯乙烯与全氟癸基丙烯酸酯在粘结剂合成体系中的总质量分数为4.8%~33%。所述偶氮二异丁腈引发剂的添加量为苯乙烯和全氟癸基丙烯酸酯总物质的量的3%~9%。
[0007]（2）PS
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HFA粘结剂微米粒子分散液的制备：将PS
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HFA低表面能粘结剂溶于良性溶剂中，并在搅拌条件下逐滴加入不良溶剂使其发生相分离，制得低表面能PS
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HFA粘结剂微米粒子分散液。良性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种，PS
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HFA低表面能粘结剂在良性溶剂中的质量分数为15%~35%。不良溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，且良性溶剂与不良溶剂的比例为5:1~1:1。
[0008]（3）低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子的制备i. 聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子制备：将酸活化的凹凸棒石和苯胺按质量比0.3:1~2:1加入到盐酸溶液中，并在室温下搅拌混合均匀，然后利用冰水浴控制混合溶液的温度在0~10℃，缓慢加入含过硫酸铵的盐酸溶液，搅拌聚合反应3~5h；抽滤、洗涤后将滤饼分散至过量氨水溶液中，搅拌20~40min，再抽滤、洗涤至中性并进行干燥，制得聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子。所述盐酸溶液的浓度为0.5M~1.5M，过硫酸铵与苯胺的质量比为2:1~2.5:1。
[0009]ii. 低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子的制备将聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子分散至无水乙醇中，加入氨水作为催化剂，搅拌并超声分散均匀后，再加入γ
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(2,3
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环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷和全氟癸基三甲氧基硅烷，室温反应2~8h，制得低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子悬浮液，最后将该悬浮液抽滤、干燥、粉碎，制得低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子。全氟癸基三甲氧基硅烷与聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子的质量比为1:1~2:1，γ
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(2,3
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环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷与全氟癸基三甲氧基硅烷的质量比为1:4~1:2。氨水采用常规浓度（25%~30%），其在反应体系中的体积分数为10%~20%。
[0010]（4）基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备：将步骤（3）制备的低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子加入至步骤（2）制备的低表面能聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物粘结剂微米粒子分散液中，搅拌并超声分散均匀，制得聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物@聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子微米粒子分散液，然后将其喷涂至基材表面，室温固化，制得基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层。所述低表面能PS
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HFA粘结剂微米粒子分散液与低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石的纳米粒子的质量比为1:1~2:1。所述基材为玻璃、镁合金、铝合金、ABS、PP中的一种。
[0011]二、基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的性能（1）超疏微液滴性能经测试，涂层对于1μL水滴的接触角大于158
°
且滚动角小于2
°
；对于0.5μL水滴的接触角大于153.5
°
且滚动角小于5.1
°
。说明本专利技术制备的涂层具有优异的超疏微液滴性能。
[0012]（2）耐久性测试...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物低表面能粘结剂的合成：将去除阻聚剂的苯乙烯、全氟癸基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈引发剂依次加入四氢呋喃中混合均匀，然后在氮气保护下，于60~80℃回流反应18~30h至粘稠状，即合成聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物低表面能粘结剂；（2）聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物粘结剂微米粒子分散液的制备：将合成的聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物低表面能粘结剂溶于良性溶剂中，在搅拌条件下逐滴加入不良溶剂使其发生相分离，制得低表面能聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物粘结剂微米粒子分散液；（3）低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子的制备i. 聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子制备将酸活化的凹凸棒石和苯胺按质量比0.3:1~2:1加入到盐酸溶液中，并在室温下搅拌混合均匀，然后利用冰水浴控制混合溶液的温度在0~10℃，缓慢加入含过硫酸铵的盐酸溶液，搅拌聚合反应3~5h；抽滤、洗涤后将滤饼分散至过量氨水溶液中，搅拌20~40min，再抽滤、洗涤至中性并进行干燥，制得聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子；ii. 低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子的制备将聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子分散至无水乙醇中，加入氨水作为催化剂，搅拌并超声分散均匀后，再加入γ
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环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷和全氟癸基三甲氧基硅烷，室温反应2~8h，制得低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子悬浮液，最后将该悬浮液抽滤、干燥、粉碎，制得低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子；（4）基于聚苯胺/凹凸棒石的耐久型超疏微液滴自清洁涂层的制备：将步骤（3）制备的低表面能改性聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子加入至步骤（2）制备的低表面能聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物粘结剂微米粒子分散液中，搅拌并超声分散均匀，制得聚(苯乙烯
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全氟癸基丙烯酸酯)共聚物@聚苯胺/凹凸棒石纳米粒子微米粒子分散液，然后将其喷涂至基材表面，室温固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊平，魏晋飞，张娇娇，李步成，王爱勤，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：