[发明专利]一种超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法及其在构筑纸基微流体设备方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及超疏水涂层材料的技术领域，具体涉及一系列超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法及其在构筑纸基微流体设备方面的应用。

背景技术

固体材料表面的润湿性是材料的一项重要性能，它与材料表面的化学组成和形貌相关。接触角是用来评价材料水润湿性的一个重要参数，通常认为水滴在材料表面的接触角小于90 ^o是亲水性，大于90 ^o是疏水性，当接触角大于150 ^o材料具有超疏水性质。近年来受自然界中植物叶片表面和动物毛发超疏水自清洁性质的启发，超疏水材料在自清洁、防冰、防水、抗腐蚀、微流体装置等领域都具有广泛的应用。就目前的认识来看，材料表面的润湿性调控方法和技术主要是使用低表面能的物质通过溶胶凝胶、化学气相沉积、聚合物溶液成膜、模板技术、刻蚀技术等方法调控材料表面的化学组成和微观结构。然而这些方法大多需要特殊的加工设备和复杂的处理工艺。疏水涂层材料通过简易的涂覆或者浸渍的方法便可有效改变材料的润湿性，此法操作方便，实际应用可行性高，因此制备简单易得的疏水涂层材料具有重要的意义。

纸基微流体设备是在传统的纸质分析设备上发展起来的一种新型的分析测试设备。2007年Martinez等人提出纸基微流体设备[Martinez et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 1318-1320]，基于纸质材料的超亲水性质和毛细作用，作者利用蜡在纸基材上绘制目标图形，之后再通过加热的方法使得蜡渗透到纸张内部，从而构筑形成了具有疏水边缘和亲水通道的微流体设备。此类设备在分析检测中具有广泛的应用，受到越来越多的关注，因此纸基微流体设备的设计也开始从最初的蜡染延伸到光照打印、注射打印、激光刻蚀、剪纸、苯胺印刷等技术。疏水涂层材料因其良好的疏水性质和简易的涂覆工艺在纸基微流体设备的构筑方面同样具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法，采用两相界面反应的方法促使有机相中的钛源和疏水性功能化试剂同时发生水解形成表面功能化的超疏水二氧化钛涂层材料。

本发明的另一目的是利用制备的超疏水二氧化钛涂层材料构筑纸基微流体设备，该设备制备方法简单方便，应用范围广泛。

在上述超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法中所述的疏水性功能化试剂为链接有低表面能官能团的硅烷偶联剂R’Si(OR)₃（如：苯基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟葵基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等）；钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或者四氯化钛。

在上述超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法中所述的疏水性功能化试剂与钛源的物质的量之比为1:0.1~100。

在上述超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法中，环己烷与水两相搅拌反应时间为0.5~5.0 h。

在上述超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法中，材料溶剂热反应时间为6-72 h，反应温度为30~200 ℃。

在上述超疏水二氧化钛涂层材料的制备方法中，涂层材料使用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己烷、环己烷、丙酮、四氢呋喃、乙腈等作为溶剂超声进行分散，所制备的溶液是白色的乳液。

上述方法制备的超疏水二氧化钛涂层材料，其特征在于：常用基材包括薄层色谱板、棉花、滤纸、商用纸巾、宣纸等基材可通过简单涂覆或者浸渍的方法进行疏水性处理，从而使得基材具有较好的疏水性。

上述方法修饰过的基材表面修饰后具有很好的疏水性，水接触角在140~160 °。

本发明所述超疏水二氧化钛涂层材料在纸基微流体设备构筑方面的应用，其特征在于：纸基微流体设备的通道具有超亲水性质方便介质水的传递，通道边缘具有超疏水性质从而限制介质水的扩散。

本发明所述超疏水二氧化钛涂层材料在纸基微流体设备构筑方面的应用，其特征在于：设计好纸基微流体设备的亲水性流体通道，通道边缘使用超疏水二氧化钛涂层材料进行涂覆，室温条件下晾干即可得到具有亲水通道疏水边缘的纸基微流体设备。

附图说明

图1为实施例1所制备的超疏水二氧化钛涂层材料涂覆的TLC薄层色谱板与水的接触角测试图。

图2为使用超疏水二氧化钛涂层材料构筑的纸基微流体设备照片。

图3为使用甲基蓝标记的水在纸张中的扩散图。

图4为使用甲基蓝标记的水在实施例1中三通道纸基微流体设备中的扩散图。