[发明专利]植物油/无机纳米粒子复合超疏水涂层溶液及其制备方法和应用

说明书

植物油/无机纳米粒子复合超疏水涂层溶液及其制备方法和应用，利用紫外光引发的巯‑烯反应在植物油分子结构中引入多羟基结构，再经酯化反应合成植物油基硫醇；将植物油基硫醇、多烯基不饱和单体、无机纳米粒子和光引发剂混合均匀后，涂布在基材上，经紫外光照射后得到超疏水涂层。本发明中原材料来源广泛，成本低，制备过程简单高效，制备的复合涂层接触角均大于150°，显示出优异的超疏水性能和自清洁性能，可应用于油水分离领域。

技术领域

本发明属于化学化工、生物基高分子复合功能材料领域，涉及一种超疏水涂层材料，特别涉及一种植物油/无机纳米粒子复合超疏水涂层溶液及其制备方法和应用。

背景技术

润湿性是固体表面的一个重要特征，它是液体在固体表面上铺展的能力或倾向性，主要受到表面的化学组成或微观结构的影响。超疏水是水滴在固体表面上的特殊润湿性现象。目前将水接触角大于150°，滚动角小于10°的表面称为超疏水表面。超疏水表面因其优异的疏水性、自清洁能力及在油水分离、流体减阻、金属防腐等领域的潜在应用价值引起广大科研工作者的关注。根据荷叶的超疏水机制，研究人员将超疏水表面的制备方法主要分为两类，一种是在粗糙固体表面修饰低表面能物质；另一种是在疏水性材料表面构筑粗糙结构。目前应用较多的方法是将低表面能聚合物与无机纳米粒子共混合，通过喷涂、浸润或旋涂在基材表面构筑超疏水涂层。但是所使用的低表面能材料多为源自石化资源的合成材料，不可再生；或含有氟元素，成本高，且对人体有害，因此将大大限制超疏水表面在工农业生产和人们日常生活中的实际应用。

天然植物油是自然界中广泛存在的一种生物质资源，定义为混脂肪酸甘油三脂的混合物，其中每个脂肪链中含有14~20个碳原子，是高疏水性物质；脂肪链上通常含有多种活性官能团如双键、环氧基、羟基、酯基等，为植物油的进一步功能化及交联成膜提供了可能。目前，以植物油为原料，结合具有高效、节能、环保等特点的紫外光固化技术制备植物油基紫外光固化涂料的研究成为热点，也为界面材料制备过程的绿色、环保提供了新途径。但是将植物油及紫外光技术相结合用于构筑超疏水表面还有待进一步的研究。本发明由此而来。

发明内容

解决的技术问题：本发明为了解决目前超疏水材料制备中存在的制备过程复杂、工艺条件苛刻及原料价格昂贵等问题，以可再生的生物质资源植物油为原料，结合紫外光固化技术，开发一种植物油/无机纳米粒子复合超疏水涂层溶液及其制备方法和应用，可将其应用于油水分离领域。

技术方案：植物油/无机纳米粒子复合超疏水涂层溶液的制备方法，包括以下步骤：1）将带有巯基和羟基的双官能团化合物、植物油和光引发剂混合均匀，其中巯基和植物油中不饱和双键的摩尔比为（1~10）:1，光引发剂的质量占植物油质量的1~5%，在紫外光照射下发生巯-烯反应，2~10 h后得到植物油多元醇；将植物油多元醇与含有巯基和羧基的双官能团化合物混合均匀，其中双官能团化合物中羧基和植物油多元醇中羟基摩尔比为（1~1.5）:1，通过酯化反应得到植物油基硫醇；2）将植物油基硫醇和多烯基不饱和单体混合均匀配制反应树脂，其中植物油基硫醇中巯基和多烯基不饱和单体中双键的摩尔比为1:（1~1.5）；随后加入占反应树脂质量分数0.05~3 %的光引发剂和1~40 %的无机纳米粒子，并分散均匀，最后加入四氢呋喃进行稀释形成涂层溶液，其中反应树脂和四氢呋喃的质量比为1:1~20。

优选的，步骤1）中所述植物油为大豆油，蓖麻油，桐油，亚麻籽油、棉籽油、葵花籽油、菜籽油、茶油、玉米油和橄榄油中的一种。

优选的，步骤1）中所述带巯基和羟基的双官能团化合物为2-巯基乙醇，3-巯基-1-丙醇，4-巯基-1-丁醇，2-巯基-3-丁醇中的一种。

优选的，步骤2）中所述带巯基和羧基的双官能团化合物为巯基乙酸，巯基丙酸，巯基十一烷酸，巯基-丁二酸，巯基十二烷酸，16-巯基-十六烷酸，2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸，2，3，5，6-四氟-4-巯基苯甲酸，3-巯基异丁酸，硫代水杨酸中的一种。