一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用，首先通过化学合成法合成具有聚多巴胺粘附层的纳米颗粒，再利用十七氟癸基三乙氧基硅烷与制备好的纳米颗粒与基材一起浸入醇

【技术实现步骤摘要】
一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及超疏水涂层制备方法
，特别是涉及一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着工业的发展，海底石油与原油资源等被不断开发，导致了工业含油废水排放量不断增加，且在运输过程中，不可避免地会发生许多海洋油污染事件。这对于海洋的生态环境造成了极大的污染，威胁了水生生物及海洋哺乳类动物等的生存，甚至阻隔了正常的水体循环导致气候异常。超疏水材料可以利用其极好的拒水性和亲油性，能够有效地选择性吸收油性物质，实现对油水混合物的分离，有效解决了上述问题，但是目前超疏水材料的制备和其本身的结构还存在很多缺陷。
[0003]中国专利公开号CN106807338A公开了一种用改性石墨烯来增强聚氨酯海绵疏水性的制备方法，其具体采用聚多巴胺修饰氧化石墨烯，然后通过1H,1H,2H,2H
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全氟癸基硫醇等低表面能物质与聚多巴胺的迈克尔加成反应制得超疏水改性石墨烯粉末，最后将该超疏水粉末负载到聚氨酯海绵上，从而获得具有超疏水性质的油水分离海绵。但是上述方法需要通过纳米颗粒组装形成核壳结构，再对纳米颗粒进行改性形成疏水性纳米颗粒，再通过超声的方式为纳米颗粒提供外界动力使其组装到聚氨酯海绵表面，制备过程繁琐，产品仅通过10次循环测试，产品的耐久性耐用性不够好。
[0004]中国专利公开号CN114752104A公开了一种涉及聚多巴胺
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硅烷
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聚烯烃改性聚氨酯海绵及其制备方法，首先将聚氨酯海绵浸泡在含有多巴胺和双键硅烷的溶液中进行改性，取出后反复多次放入含有十六烯和引发剂的石油醚混合溶液中继续改性，最终得到超疏水的改性聚氨酯海绵。但是上述制备方法需要轮换交替浸渍于不同溶液中7次左右，浸渍时间需要长达31
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38小时，工艺步骤繁琐冗长，得到的超疏水聚氨酯的表面接触角最高为150
°
，并且产品仅经过10次循环测试，产品耐久性耐用性不够好。
[0005]因此现有技术中的超疏水涂层还存在制备工艺步骤繁琐，效率较低，纳米颗粒与基底间结合力弱，产品耐久性耐用性较差，产品整体性能较差的问题。其中纳米颗粒与基底间结合力若导致产品性能较差也是现有技术中功能涂层制备过程中的普遍问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用，以解决上述超疏水涂层制备方法繁琐、纳米颗粒与基底间结合力弱、产品整体性能较差的问题，同时本专利技术制备的纳米粒子自组装功能涂层不仅能够提供一种超疏水涂层的制备方法，而且能够将功能涂层用于金属防腐蚀性能的提高和钕铁硼磁体晶界扩散源的制备，功能涂层的应用广泛。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制
备方法，包括以下步骤：
[0008](1)在超纯水中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸溶液调节pH为8
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9，然后再加入无机纳米颗粒和盐酸多巴胺粉末，常温搅拌、离心、烘干得到聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒；
[0009](2)将无水乙醇和超纯水混合后加入疏水改性剂、聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒、基材，加热至50
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80℃，搅拌、烘干得到具有超疏水涂层的基材。
[0010]优选的，无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒、氧化钛纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、重稀土金属颗粒、合金颗粒中的一种；疏水改性剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三氯硅烷、二十一氟十二烷基三氯硅烷中的一种。
[0011]优选的，基材为聚氨酯海绵、钕铁硼基材、织物、木头、陶瓷、纸、硅片中的一种。
[0012]优选的，基材为钕铁硼基材，无机纳米颗粒为重稀土金属颗粒或合金颗粒，重稀土金属颗粒为氟化铽、氟化镝、氢化铽、氧化镝中的一种，合金颗粒为铽铜、镝铜、镨铜、铝铜、镨铝铜中的一种。在钕铁硼基材上可实现有效的腐蚀防护性能。超疏水涂层还可以用于其他基材上，用于提高织物、木头等基材的防水性能。
[0013]优选的，基材为聚氨酯海绵，无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。
[0014]优选的，步骤(1)中加入无机纳米颗粒和盐酸多巴胺的比例为1:1
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1:2，常温下磁力搅拌2
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6h，转速为400
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450rpm，聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒经离心机在8000
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10000rpm转速下离心7min后，置于50
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70℃的烘箱中进行干燥。
[0015]优选的，步骤(2)中无水乙醇和超纯水的比例为1:2
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2:1，将溶液加热至50
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80℃，并在磁力搅拌300
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550rpm下搅拌，将反应完成的基材置于50度以上的烘箱中进行干燥。
[0016]优选的，二氧化硅纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
[0017](1)将乙醇和水混合形成醇水溶液，在醇水溶液中加入氨水形成混合液；
[0018](2)将硅酸四乙酯加入混合液中常温搅拌、离心、烘干得到二氧化硅纳米颗粒。
[0019]优选的，步骤(1)中乙醇和水的比例为1.5
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4.0，加入氨水的浓度为28％。
[0020]优选的，步骤(2)中常温磁力搅拌2
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6小时，搅拌转速为400
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450rpm，二氧化硅纳米颗粒经离心机在5000
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9000rpm转速下离心5min后，置于50
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70℃的烘箱中进行干燥。
[0021]一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法制备的具有超疏水涂层的聚氨酯海绵，超疏水聚氨酯海绵包括聚氨酯海绵和完全包裹于聚氨酯海绵每个骨架外的超疏水涂层，超疏水涂层包括二氧化硅纳米颗粒和聚多巴胺粘附层形成的核壳结构，聚多巴胺粘附层与聚氨酯海绵通过化学反应形成共价键。
[0022]优选的，具有超疏水涂层的聚氨酯海绵应用于油水分离。
[0023]优选的，具有超疏水涂层的钕铁硼基材用于钕铁硼磁体晶界扩散源的制备。
[0024]因此，本专利技术采用上述结构的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法及应用，具有以下有益效果：
[0025]1、聚氨酯海绵本身具有极好的吸附能力，能够吸收大量的水溶性及油性液体；超疏水涂层具有极好的拒水性，能够将水溶性溶液完全阻隔在外。因此二者的结合，使聚氨酯海绵能够有效地选择性吸收油性液体，即各类有机溶剂，而保留原有混合溶液中的水溶性液体部分，实现水溶性液体与油性液体的完全分离。
[0026]2、由于聚氨酯海绵能够通过挤压不断地吸收液体并释放液体，并且能够吸附超过自身重力16
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41倍的溶液，因此可以实现大批量的油水混合溶液分离；由于本产品超疏水涂
层与聚氨酯海绵的结合力极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在超纯水中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸溶液调节pH为8
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9，然后再加入无机纳米颗粒和盐酸多巴胺粉末，常温搅拌、离心、烘干得到聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒；(2)将无水乙醇和超纯水混合后加入疏水改性剂、聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒、基材，加热至50
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80℃，搅拌、烘干得到具有超疏水涂层的基材。2.根据权利要求1所述的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于：无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒、氧化钛纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、重稀土金属颗粒、合金颗粒中的一种；疏水改性剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三氯硅烷、二十一氟十二烷基三氯硅烷中的一种。3.根据权利要求2所述的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于：基材为聚氨酯海绵、钕铁硼基材、织物、木头、陶瓷、纸、硅片中的一种。4.根据权利要求3所述的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于：基材为钕铁硼基材，无机纳米颗粒为重稀土金属颗粒或合金颗粒，重稀土金属颗粒为氟化铽、氟化镝、氢化铽、氧化镝中的一种，合金颗粒为铽铜、镝铜、镨铜、铝铜、镨铝铜中的一种。5.根据权利要求3所述的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于：基材为聚氨酯海绵，无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。6.根据权利要求1所述的一种基于低表面能纳米粒子自组装功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中加入无机纳米颗粒和盐酸多巴胺的比例为1:1
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1:2，常温下磁力搅拌2
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6h，转速为400
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450rpm，聚多巴胺包覆的无机纳米颗粒经离心机在8000
‑
10000rpm转速下离心7min后，置于50
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70℃的烘箱中进行干燥。7.根据权利要求1所述的一种基于低...

【专利技术属性】
技术研发人员：石振，曾航，赵利忠，王维，刘俊，张雪峰，
申请(专利权)人：宁波守正磁电有限公司常青科技台州有限公司，
类型：发明
国别省市：