【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于納米涂層制備，涉及一種基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法。
技術(shù)介紹
1、表面上污染物的黏附會(huì)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)生活帶來(lái)?yè)p耗甚至威脅到人身安全。在能源領(lǐng)域，太陽(yáng)能光伏板上顆粒污染物的沉積以及冰雪的聚集會(huì)阻擋太陽(yáng)光的傳播，造成太陽(yáng)光利用率下降，導(dǎo)致光伏發(fā)電效率的降低；風(fēng)機(jī)葉片每年會(huì)因表面積冰雪而損失掉10％～30％的發(fā)電量，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)機(jī)倒塌，造成經(jīng)濟(jì)損失。在交通領(lǐng)域，飛機(jī)機(jī)翼表面結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致上升力的缺失，增加墜機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，無(wú)黏附表面在液體運(yùn)輸、防污和抑制冰沉積等諸多領(lǐng)域都具有至關(guān)重要的作用。
2、無(wú)黏附表面通常需要具備液體排斥性能。自17世紀(jì)楊式方程的提出，人們基于生物仿生原理和表界面調(diào)控技術(shù)開(kāi)發(fā)了多種多樣的抗黏附表面，即液體排斥表面。目前，先進(jìn)的液體排斥技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，從1996年基于空氣-結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑(superhydrophobicsurface，shs)，2007年的空氣-re-entrant結(jié)構(gòu)(superomniphobic?surface,sos)，2011年的液體-結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑(liquid?infused?surface,lis)，2014年的空氣-double?re-entrant結(jié)構(gòu)(superomniphobic?surface,sos)，到2016年的化學(xué)接枝液體潤(rùn)滑(liquid-likesurface，lls)。總體而言，降低表面的粘附力的策略主要有調(diào)控表面幾何形貌與化學(xué)表面修飾，其本質(zhì)是改變物體與基材之間的相界面以達(dá)到液體排斥、抗黏附效果。然而，基于微織構(gòu)的
3、雖然抗黏附技術(shù)在目前取得了一定的進(jìn)展，但是，無(wú)黏附涂層的制備工藝仍存在著以下挑戰(zhàn)：(1)基材的局限性，例如，lls依賴(lài)于基材表面的活性位點(diǎn)，需要對(duì)基材進(jìn)行預(yù)處理，而為了加速涂層的制備，往往需要高溫、酸或堿的催化，這會(huì)導(dǎo)致金屬基材的腐蝕現(xiàn)象。(2)制備工藝復(fù)雜，例如，傳統(tǒng)的超疏水表面往往需要利用低表面能的分子進(jìn)行二次修飾處理才能達(dá)到超疏水的效果，又例如，re-entrant和doble?re-entrant的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制備工藝繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)快速制備，再例如，lis需要結(jié)構(gòu)成型與液體灌注兩個(gè)階段。(3)制備條件苛刻：例如，利用化學(xué)修飾策略往往需要特定的條件，例如高溫、真空環(huán)境、紫外光照射等。(4)制備時(shí)間長(zhǎng)：例如，浸泡法制備lls需要12h甚至48h才可以完成分子刷涂層的制備。(5)涂層厚度較大：除了lls可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)厚度的無(wú)黏附涂層的制備，現(xiàn)有方法很難實(shí)現(xiàn)納米抗黏附涂層的制備，而涂層厚度較大會(huì)導(dǎo)致其在某些精密領(lǐng)域中無(wú)法應(yīng)用。因此，若能開(kāi)發(fā)出不受基材限制、制備工藝簡(jiǎn)單以及制備條件溫和的抗黏附納米涂層的制備技術(shù)，對(duì)延長(zhǎng)部件使用壽命和安全性，提高能源利用率，拓展在精密領(lǐng)域中的應(yīng)用，以及降低風(fēng)險(xiǎn)等具有重要意義！
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有無(wú)黏附涂層的制備工藝存在的上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，以在不受基材限制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)納米級(jí)厚度的抗黏附涂層的簡(jiǎn)單、溫和制備。
2、為實(shí)現(xiàn)上述專(zhuān)利技術(shù)目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、一種基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，包括以下步驟：
4、(1)將抗黏附高分子溶解于有機(jī)溶劑中，得到抗黏附高分子溶液；所述抗黏附高分子的制備方法為：
5、在攪拌和保護(hù)氣體保護(hù)下，將黏附劑溶液滴加至有機(jī)硅分子溶液中，控制有機(jī)硅分子與黏附劑的摩爾比為1:(0.05～5)，在0～100℃充分反應(yīng)，去除未反應(yīng)的原料和溶劑，干燥，即得抗黏附高分子；所述黏附劑為苯環(huán)上具有羥基和胺基的化合物；
6、(2)將抗黏附高分子溶液通過(guò)涂覆于干凈、干燥的基材上，抗黏附高分子通過(guò)包括氫鍵、絡(luò)合和π-π鍵在內(nèi)的作用而接枝在所述基材的表面，待有機(jī)溶劑完全揮發(fā)后，清洗去除未與基材穩(wěn)定結(jié)合的抗黏附高分子，即在所述基材的表面形成了抗黏附納米涂層。
7、上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)硅分子為r1-si(ch3)2-o-si(ch3)2-r1，r2-si(ch3)2-o-si-(ch3)3，h2n(ch2)3si[o(ch2)n(ch3)3]3或者聚[二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷]，所述r1為-(ch2)3nh2、-oh、-(ch2)3cooh或者-ch(o)ch-，所述r2為-(ch2)3o(ch2)2oh、-(ch2)3cooh或者-(ch2)3och2ch(o)ch)。
8、進(jìn)一步地，上述技術(shù)方案中，所述h2n(ch2)3si[o(ch2)n(ch3)3]3中的n＝0或1。
9、上述技術(shù)方案中，所述黏附劑包括鹽酸多巴胺、6-羥基多巴胺以及3-羥基-4-甲氧基苯乙胺中的任意一種。
10、上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)硅分子溶液是將有機(jī)硅分子溶解于二氯甲烷中形成的，有機(jī)硅分子溶液的濃度優(yōu)選為0.01～0.2mmol/ml；所述黏附劑溶液是將黏附劑溶解于n,n-二甲基甲酰胺中形成的，黏附劑溶液的濃度優(yōu)選為0.01～1mmol/ml，黏附劑溶液最好是采用脫除了氧氣的n,n-二甲基甲酰胺進(jìn)行配制；在將黏附劑溶液滴加至有機(jī)硅分子溶液中之前，最好是先脫除有機(jī)硅分子溶液中的氧氣。
11、上述技術(shù)方案中，步驟(1)在制備抗黏附高分子時(shí)，還可以向有機(jī)硅分子溶液中滴加擴(kuò)鏈劑溶液。即步驟(1)在制備抗黏附高分子時(shí)，在攪拌和保護(hù)氣體保護(hù)下，將黏附劑溶液和擴(kuò)鏈劑溶液滴加至有機(jī)硅分子溶液中，在0～100℃充分反應(yīng)，去除未反應(yīng)的原料和溶劑，干燥，即得抗黏附高分子。優(yōu)選地，控制有機(jī)硅分子與擴(kuò)鏈劑的摩爾比為1:(1～5)。
12、上述技術(shù)方案中，是否使用擴(kuò)鏈劑主要取決于所采用的有機(jī)硅分子的具體結(jié)構(gòu)，當(dāng)有機(jī)硅分子為r2-si(ch3)2-o-si-(ch3)3時(shí)，不必使用擴(kuò)鏈劑；當(dāng)有機(jī)硅分子為h2n(ch2)3si[o(ch2)n(ch3)3]3或者聚[二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷]時(shí)，需要使用擴(kuò)鏈劑；當(dāng)有機(jī)硅分子為r1-si(ch3)2-o-si(ch3)2-r1時(shí)，可以使用擴(kuò)鏈劑，也可以不使用擴(kuò)鏈劑。在實(shí)際應(yīng)用中，是否加入擴(kuò)鏈劑，可根據(jù)有機(jī)硅分子的結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行確定。
13、上述技術(shù)方案中，所述擴(kuò)鏈劑為現(xiàn)有技術(shù)中制備有機(jī)硅聚合物時(shí)的常用擴(kuò)鏈劑，例如，可行的擴(kuò)鏈劑包括4,4′-亞甲基雙(異氰酸苯酯)，4,4′-二異氰酸酯二環(huán)己基甲烷d，異環(huán)己酰亞胺，異佛爾酮二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯中的一種或者多種的組合。
14、上述技術(shù)方本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，所述有機(jī)硅分子為R1-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-R1，R2-Si(CH3)2-O-Si-(CH3)3，H2N(CH2)3Si[O(CH2)n(CH3)3]3或者聚[二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷]，所述R1為-(CH2)3NH2、-OH、-(CH2)3COOH或者-CH(O)CH-，所述R2為-(CH2)3O(CH2)2OH、-(CH2)3COOH或者-(CH2)3OCH2CH(O)CH)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，所述黏附劑包括鹽酸多巴胺、6-羥基多巴胺以及3-羥基-4-甲氧基苯乙胺中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(1)在制備抗黏附高分子時(shí)，還向有機(jī)硅分子溶液中滴加了擴(kuò)鏈劑溶液，控制有機(jī)硅分子與擴(kuò)鏈劑的摩爾比為1:(1～5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(1)在制備抗黏附高分子時(shí)，控制在0～100℃進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間為4～8h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(1)所述抗黏附高分子溶液中，抗黏附高分子的濃度為5～100μg/mL。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(2)中的涂覆方式包括噴涂、刷涂或浸泡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，所述基材為有機(jī)材料基材、無(wú)機(jī)材料基材或者金屬基材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(2)在所述基材的表面形成的抗黏附納米涂層的厚度不超過(guò)1000nm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，所述有機(jī)硅分子為r1-si(ch3)2-o-si(ch3)2-r1，r2-si(ch3)2-o-si-(ch3)3，h2n(ch2)3si[o(ch2)n(ch3)3]3或者聚[二甲基硅氧烷-co-(3-氨基丙基)甲基硅氧烷]，所述r1為-(ch2)3nh2、-oh、-(ch2)3cooh或者-ch(o)ch-，所述r2為-(ch2)3o(ch2)2oh、-(ch2)3cooh或者-(ch2)3och2ch(o)ch)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，所述黏附劑包括鹽酸多巴胺、6-羥基多巴胺以及3-羥基-4-甲氧基苯乙胺中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗黏附納米涂層的方法，其特征在于，步驟(1)在制備抗黏附高分子時(shí)，還向有機(jī)硅分子溶液中滴加了擴(kuò)鏈劑溶液，控制有機(jī)硅分子與擴(kuò)鏈劑的摩爾比為1:(1～5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分子刷接枝技術(shù)制備抗...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張磊，景浩，孫吉寧，林碩，黃紅伍，奚邦仔，高峰，王衍兵，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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