[发明专利]一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法

说明书

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法。分别制备PS微球和纳米粒子(SiO₂)，用过量的纳米粒子对PS微球包覆，机械搅拌下得树莓状复合颗粒沉积在反应壁上，未参与复合的纳米粒子保留在反应液中，疏水改性后将两种颗粒分离，通过呼吸图案法制备疏水表面。反应壁上的树莓状复合颗粒制备的疏水表面呈现Cassie‑Baxter态，而反应液中的SiO₂颗粒则制备出Wenzel态的疏水表面。本发明一锅法同时制备了不同粘附性的疏水颗粒，且可以通过调节进料比等实现粘附性的转变，整个操作过程简单快捷，无需任何氟化物，外界刺激的引入，对设备要求低，合理应用后可简化制备流程。

技术领域

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法

背景技术

近年来，具有不同粘附性的超疏水表面在自清洁、防结冰、油水分离、微液滴输送和微流体器件等方面的潜在应用引起了人们的广泛关注。玫瑰花瓣等Wenzel态超疏水表面具有水滴在倒立角度下仍与表面紧密粘接的特性，适合于无微滴输送，力学减阻等。而荷叶等Cassie-Baxter态超疏水表面则因其低粘附的特性在自清洁，抗细菌粘附，防冰抗冻等应用中显现出极大的优势。目前，人们多利用磁场、电流、紫外线照射、温度、和pH等外部刺激来调整表面形态或表面涂层的组成，以实现对超疏水表面粘附性的控制，例如CN102643397A一种水下pH响应性超疏油可逆粘附性界面开关的制备方法中利用不同pH条件下PAA的解离状态实现了粘附性的转变，CN112680038 A一种具有可控水滴粘附功能的水基超疏水纳米复合涂料及制备方法中在不同的成膜温度下制备了不同粘附性的超疏水涂料，但其中都涉及特定结构或性质的聚合物，且无法同时获得不同粘附性的超疏水表面，这大大限制了其在实际生活中的应用。

发明人在之前的研究中，通过多级树莓颗粒的制备，可以得到Cassie态稳定性好的超疏水材料，但无法同时获得Wenzel态疏水颗粒，且已有工艺中，一锅制备的产物其粘附性是相同的，虽然可以通过改变实验条件或引入外部刺激改变材料的粘附性，但难以一锅同时制备出不同粘附性超疏水表面。

为解决此问题，本发明提出了一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法，即一次实验可以同时获得对水滴高粘附性(Wenzel态)和低黏附性(Cassie-Baxter态)的超疏水表面，且对材料的结构及性质要求低，无需任何外界刺激的引入，操作简单，方便快捷，对设备要求低，这对于疏水材料的应用是十分有利的。

发明内容

本发明提供一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法，改变了微球与TEOS的进料比，使得在形成树莓状颗粒时SiO₂粒子相较于微球是过量的，导致了体系中存在过剩SiO₂粒子和树莓状颗粒两种粒子，这两种不同尺寸的粒子在机械搅拌的离心力差异的驱动下会发生分布的差异实现粒子的分离，即小尺寸SiO₂粒子趋向沉积在底部液相中，而大尺寸树莓状颗粒则倾向于沉积在反应器壁，最终造成了不同结构的粒子的分布差异，制备出的不同粘附性超疏水表面。

因此，本发明可同时制备粘附性完全不同的超疏水表面，出现的“底壁分离”现象实现了对不同粒子的分离，并经由呼吸图案法制备了不同粘附性的超疏水表面。

为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：一锅法同时制备不同粘附性超疏水表面的方法，包括如下步骤：

(1)PS微球的制备：

在反应器中依次加入苯乙烯St单体，乙醇作为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性剂和引发剂，之后，在室温下搅拌并用N₂鼓泡脱氧30-40分钟，然后将温度缓慢升高至70℃，维持反应24h。最后，反应液高速离心，并用乙醇反复洗涤三次，经冷冻干燥后得到的白色粉末状固体即为PS微球。