[发明专利]一种促进水滴在超疏水表面撞击完全铺展的高效铺展剂

说明书

本发明公开了一类促进水滴在超疏水表面撞击完全铺展的高效铺展剂。该铺展剂由离子性单链表面活性剂和与表面活性剂所带电荷相反的小分子组成。对于阴离子表面活性剂，表面活性剂的含量为0.25％‑2.00％，小分子的浓度为0.10％‑1.00％；对于阳离子表面活性剂，表面活性剂的含量为0.50％‑2.00％，小分子的浓度为0.25％‑1.00％。本发明利用带电小分子与表面活性剂之间的静电相互作用，从而显著降低表面活性剂的临界聚集浓度，平衡表面张力和动态表面张力、以及利用小分子诱导表面活性剂形成的丰富聚集体，改变溶液的流体动力学性质，从而实现水滴撞击超疏水表面时的完全铺展，而抑制水滴的弹射和溅射行为。

技术领域

本发明属于表面活性剂科学与应用领域，具体涉及一种以表面活性剂为基础的高效铺展剂。

背景技术

液体与固体表面的撞击现象广泛存在于动力机械、化工、材料科学及农业生产等领域，液滴撞击固体表面之后液体呈现的状态是影响各项工作效率的关键因素。超疏水表面是一种具有特殊浸润性的表面，在自然界中存在很多这样的表面，例如粮食作物水稻，小麦的叶片，以及甘蓝，花生，花菜，芋头，狗尾巴草的叶片。众所周知，液滴在低速撞击超疏水表面时容易发生弹射，在高速撞击时容易发生溅射，这种弹射和溅射的行为会造成有效物质的大量浪费，严重影响了喷涂、以及喷洒效率。特别是对于农业领域，喷洒农药是防治病虫害，提高粮食产量的重要手段，但由于植物叶片的超疏水性，喷洒过程出现的弹射和溅射现象会导致农药的有效利用率大大降低，从而造成巨大的经济损失，更严重的是农药的大量浪费会对人类的身体健康和生态环境造成极大危害。通过添加添加剂可以在一定程度抑制液滴的弹射和溅射，常用的添加剂有聚合物和表面活性剂。聚合物的引入会增加溶液的粘度，提高能量耗散，可以抑制液滴的反弹，但由于聚合物的润湿性较差，液滴最后会以一个较大接触角的状态停留在固体表面，这样的铺展状态容易造成液滴被风吹落，而且聚合物通常会显著提高溶液的粘度，不利于液滴的挤出。另外一种添加剂是表面活性剂，表面活性剂具有较低的表面张力，在静态过程中表现出较好的润湿性，但是在动态过程中，由于分子扩散速度的限制，通常不能表现出很好的性质。且表面张力的降低容易加剧液滴的不稳定性，造成液滴的破碎，所以如何平衡添加剂的性质，即调控表面活性剂的性质，例如表面活性剂体系的表面张力和聚集体诱导的流体性质，两者的协同作用可能对于提高水滴撞击超疏水表面时的铺展效率至关重要。此外，在超疏水表面上打印能高效制备高精度的电子器件和用于疾病检测的生物阵列，这两者的实现需要液滴在撞击超疏水表面时得到的铺展面积非常规则且可控，但目前为止很少有能在超疏水表面直接打印且得到规则铺展的墨水。因此寻找一种能实现在超疏水表面撞击完全规则铺展的高效铺展剂至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种以表面活性剂为基础的高效铺展剂。

本发明所提供的以表面活性剂为基础的高效铺展剂由离子性单链表面活性剂和带至少一个电荷的小分子组成，其中，所述小分子所带的电荷与所述离子性单链表面活性剂所带电荷相反。

其中，所述离子性单链表面活性剂可以是阴离子单链表面活性剂，也可以是阳离子单链表面活性剂。

所述阴离子单链表面活性剂可以为不同烷基链长度的阴离子硫酸钠盐，包括辛基硫酸钠，癸基硫酸钠，十二烷基硫酸钠，十四烷基硫酸钠；不同烷基链长度的阴离子磺酸钠盐，包括癸基磺酸钠，十二烷基磺酸钠；不同烷基链长度的阴离子苯磺酸钠盐，包括十二烷基苯磺酸钠，十四烷基苯磺酸钠；不同烷基链长度的阴离子聚乙烯化的烷基硫酸盐，包括十二烷基醚硫酸钠，十四烷基醚硫酸钠，十六烷基醚硫酸钠。所述阴离子单链表面活性剂可以为一种，也可以为不同阴离子表面活性剂之间复配，如十二烷基硫酸钠和十二烷基醚硫酸钠。

所述阳离子单链表面活性剂可以为不同烷基链长度的阳离子季铵盐类，包括辛基三甲基溴化铵，癸基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵，十四烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基溴化铵；和以吡啶为基础的烷基吡啶盐，包括十二烷基吡啶季铵盐。