[发明专利]具有超亲水及水下超疏油涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料表面制备技术领域，特别涉及一种具有特殊浸润性的表面，即具有超亲水及水下超疏油性质的涂层及其制备方法。

背景技术

表面浸润性是固体表面的重要特征之一，主要由表面化学和表面微结构共同决定。通过表面化学组成和微结构的调控，可以在物体表面形成不同类型的特殊浸润性表面，包括超疏水、超亲水性、超疏油和超亲油性等，在日常生活以及工业生产中有着广泛的应用。例如超疏水表面具有类似荷叶的自清洁效应，可以用来防结冰、防水和防污等；超亲水材料可以使小水滴在玻璃表面上的接触角趋近于零度，形成均匀的水膜，这样就不会影响镜面成像和透光性，而且通过均匀水膜的重力下落带走污渍，达到自清洁效果；在水环境中的超疏油表面，由于油滴不能在其表面铺展，使得水下超疏油表面在船舶、海洋设备防污涂层，体内抗生物黏附材料以及油水分离等领域具有广泛的应用前景。

受细胞膜外表面的抗凝血这一特性的启发，人们设计与合成了亲水基团与磷脂类似的甜菜碱型两性离子化合物，如磷酰胆碱(PC)、磺酸甜菜碱(SB)和羧酸甜菜碱(CB)，研究表明，这类两性离子化合物能够通过静电诱导的水合作用束缚水分子而形成强亲水表面，表面紧密吸附的水分子赋予了材料表面的疏油性和抗生物黏附的特性。近年来，以仿细胞外层膜分子结构的甜菜碱型两性离子化合物为基础的亲水性仿生材料的研究得到了极大的关注。设计与合成新型的两性离子单体或化合物，探索简单、可行、有效的表面改性方法，在不同基材表面牢固地构筑两性离子化合物层是制备新型的水下疏油表面和仿生抗生物黏附表面的一条重要途径。

但是，现有的超疏油涂料成本高，工艺复杂，而且使用时，抗生物粘附性能差。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种具有超亲水及水下超疏油涂料及其制备方法，工艺流程简单的、低成本、具有超亲水及水下超疏油以及具有抗生物粘附特性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有超亲水及水下超疏油涂料，包括基材和有机无机杂化涂层，在所述基材表面涂覆含两性离子基团的有机无机杂化涂层。

进一步，所述有机无机杂化涂层的原料包括：烷氧基硅烷官能化甜菜碱型两性离子化合物、二氧化硅粒子以及硅烷粘结剂，

所述烷氧基硅烷官能化甜菜碱型两性离子化合物的结构式为：

其中R1和R2为H或含1～3碳原子的烷基，a为0、1、2或3；R3为—NHCOO—或者—NHCONH(CH2)—；

所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅粒子。

进一步，所述基材是玻璃、大理石、瓷砖、金属、塑料或者橡胶。

进一步，所述有机无机杂化涂层的厚度500nm～100μm。

一种具有超亲水及水下超疏油涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温下，将烷氧基硅烷官能化甜菜碱型两性离子化合物溶解于醇溶剂中，配置成0.1～30.0wt％的溶液，用0.01～0.5M的盐酸溶液调节溶液pH至2～7；水解陈化1～8h，得到A溶液；

(2)将尺寸为5nm～300nm的纳米二氧化硅加入到醇溶剂中，得到浓度为0.1～20wt％的溶液，标记为B溶液；

(3)室温下，将A溶液、B溶液、稀释剂、水和硅烷粘结剂混合并搅拌均匀，得到混合溶液；其中，混合溶液中的A溶液的含量为10.0～90.0wt％、B溶液的含量为0～80wt％、稀释剂的含量为0～50.0wt％、水的含量0.1～10.0wt％、粘结助剂的含量为0～20.0wt％；

(4)采用涂覆方法，将步骤(3)得到的混合溶液涂膜在基材表面，在20℃～160℃条件下处理1～100min，得到超亲水及水下超疏油涂层。

进一步，所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇中的至少一种。

进一步，所述稀释剂选自甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯正己烷、甲乙酮、四氢呋喃、甲苯和二甲苯中的至少一种。

进一步，所述硅烷粘结剂选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、氨丙基三乙氧基硅烷、1，2-双三乙氧基硅基乙烷、1，2-双三甲氧基硅基乙烷、双-(γ-三乙氧基硅丙基)–四硫化物中的至少一种。

进一步，步骤(4)所述涂膜方法包括浸涂法、刷涂法或者喷涂法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的方法工艺简单、原料易得、设备简单、成本低廉，可在不同基材表面大面积制备出功能涂层，达到超亲水及水下超疏油性；