一種透明超疏水涂料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種透明超疏水涂料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]
超疏水現(xiàn)象在自然界廣泛存在，如荷葉表面、蝴蝶翅膀、水黽腿等。超疏水表面一般指材料表面對水的接觸角大于150°、滾動角小于10°的表面。超疏水表面具有很多獨特的優(yōu)異的表面性能:疏水、自清潔性、防腐、抗結(jié)冰、防霧等，使得其在眾多領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用前景。
[0003]透明的超疏水涂層具有良好的可見光透過性和疏水性，可以將其應(yīng)用于各種生活用品中，比如汽車、飛機、航天器等擋風(fēng)玻璃上，當(dāng)雨水落到玻璃上時，會快速的滾落而不粘附在玻璃上，同時帶走玻璃上大量的灰塵；也可以應(yīng)用于太陽能電池表面，使其保持較高的光吸收效率。透明超疏水涂層應(yīng)用在高層建筑的表面和玻璃上，可以減少清潔次數(shù)，降低清潔費用且避免了高空作業(yè)的危險。另一方面，自修復(fù)性涂料往往具有更長的使用壽命以及更廣的應(yīng)用空間，環(huán)境等限制因素較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種透明超疏水涂料及其應(yīng)用。
[0005]一種透明超疏水涂料，其特征在于該涂料通過以下步驟制備得到:
A.有機-無機復(fù)合凝膠的制備:將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其PH值調(diào)至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5 h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠；
B.疏水物質(zhì)修飾:在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90°C中反應(yīng)10-14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠；
C.超疏水涂料的制備:將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60°C干燥6-10h移除溶劑和殘余反應(yīng)物，然后研磨得到形貌為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。
[0006]所述首次加入的氨水的濃度為0.02 M，與硅酸酯的體積比為3:2 ;第二次加入的氨水的體積百分?jǐn)?shù)為25%-28%，與硅酸酯的體積比為3:1O0
[0007]所述鹽酸多巴胺與硅酸酯的質(zhì)量比為1:200-1:250。
[0008]所述極性溶劑為甲醇；所述鹽酸的濃度為0.1 M。
[0009]所述硅甲基修飾劑與硅酸酯的體積比為3:2，與正己烷的體積比為3:20。
[0010]所述硅酸酯為正硅酸乙酯。
[0011]所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。
[0012]所述超疏水涂料的濃度為I g/L-4 g/Lo
[0013]將上述超疏水涂料噴涂至基底上晾干即可得到可自修復(fù)的透明超疏水涂層。
[0014]所述基底為銅網(wǎng)、織布、玻片、海綿、泡沫、木頭、塑料、鋁箔或濾紙。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明所述涂料的制備工藝簡單，無高溫高壓需要，原料易得，無毒環(huán)保，成本低廉。
[0016]2、本發(fā)明所述涂料噴涂至基底上所得涂層對水的接觸角大于150°，滾動角小于10°，適用于各種干凈基底。
[0017]3、本發(fā)明所述涂料由三維網(wǎng)絡(luò)狀的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠制得，因此其涂層具有機械強度大、附著力強以及使用壽命長的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末的透射電鏡圖，其中a為低分辨率透射電鏡圖，b為高分辨率透射電鏡圖?？梢姵杷袡C-無機復(fù)合凝膠粉末的形貌為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1所得超疏水銅網(wǎng)的掃描電鏡圖。其中a為低分辨率掃描電鏡圖，b為高分辨率掃描電鏡圖?？梢娫诘头直媛氏鲁杷~網(wǎng)表面并沒有顯示出明顯的粗糙結(jié)構(gòu)，但是在高分辨率下可以看見粒徑為30-40 nm的二氧化娃顆粒。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1所得超疏水銅網(wǎng)的水接觸角。接觸角值可達(dá)160°。
[0021 ] 圖4為本發(fā)明實施例3所得超疏水銅網(wǎng)的接觸角自修復(fù)循環(huán)圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例2所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片光學(xué)圖片，從左到右濃度分別為I g/L，2.5 g/L，4 g/L?？梢姵杷d玻片表現(xiàn)出良好的透明性，可以清楚的看清載玻片下方的英文。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例2所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片透光率。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
(I)有機-無機復(fù)合凝膠的制備:
將5 mL正硅酸乙酯(TEOS)溶于10 mL甲醇中，在磁力攪拌下再將10 mL甲醇與7.5mL的氨水(0.02 M)混合溶液加入其中。往該體系中逐滴加入3.5 mL的鹽酸溶液(0.1 M)將溶液pH值調(diào)至5。往此溶液中加入0.02 g鹽酸多巴胺(DOPA)粉末，磁力攪拌3 h，再將1.5 mL氨水(體積分?jǐn)?shù)25%-28%)逐滴緩慢滴入溶液中，陳化12 h，從而得到聚多巴胺-二氧化硅凝膠。
[0025](2)疏水物質(zhì)修飾:
將步驟(I)中獲得的復(fù)合凝膠全部轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加入50 mL的正己烷溶劑及7.5mL六甲基二硅胺烷，置于80°C中反應(yīng)10 ho取出后，抽濾后再用正丙醇清洗兩次，從而完成疏水物質(zhì)修飾步驟。
[0026](3 )超疏水涂料制備:
將步驟(2)中獲得的超疏水凝膠置于烘箱，60°C干燥6 h，目的是移除溶劑和殘余反應(yīng)物。再將干凝膠研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅復(fù)合凝膠粉末。將粉末分散于乙醇中超聲10 min配成濃度為2.5 g/L的超疏水涂料，室溫下超聲15 min。所得復(fù)合粉末的透射電鏡圖片如圖1所示。
[0027](4)涂料噴涂:
將步驟(3)中獲得的超疏水涂料轉(zhuǎn)移至噴瓶中，噴至干凈的銅網(wǎng)(400目)上。室溫下晾干，從而得到了超疏水銅網(wǎng)。所得涂層掃描電鏡圖片如圖2所示，所得超疏水銅網(wǎng)的水接觸角圖片如圖3所示。
[0028]實施例2
(I)有機-無機復(fù)合凝膠的制備:
將5 mL正硅酸乙酯(TEOS)溶于10 mL甲醇中，在磁力攪拌下再將10 mL甲醇與7.5mL的氨水(0.02 M)混合溶液加入其中。往該體系中逐滴加入3.5 mL的鹽酸溶液(0.1 M)將溶液pH值調(diào)至5。往此溶液中加入0.02 g鹽酸多巴胺(DOPA)粉末，磁力攪拌3 h，再將
1.5 mL氨水(體積分?jǐn)?shù)為25%-28%)逐滴緩慢滴入溶液中，陳化12 h，從而得到聚多巴胺-二氧化硅凝膠。
[0029](2)疏水物質(zhì)修飾:
將步驟(I)中獲得的復(fù)合凝膠全部轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加入50 mL的正己烷溶劑及7.5mL六甲基二硅胺烷，置于80°C中反應(yīng)10 ho取出后，抽濾后再用正丙醇清洗兩次，從而完成疏水物質(zhì)修飾步驟。
[0030](3 )超疏水涂料制備:
將步驟(2)中獲得的超疏水凝膠置于烘箱，60°C干燥8 h，目的是移除溶劑和殘余反應(yīng)物。再將干凝膠研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅復(fù)合凝膠粉末。取一定量粉末分散于乙醇中超聲10 min配成濃度分別為I g/L，2.5 g/L, 4 g/L的超疏水涂料，室溫下超聲15
mino
[0031](4)涂料噴涂:
將步驟(3)中獲得的不同濃度超疏水涂料分別轉(zhuǎn)移至噴瓶中，噴至干凈的載玻片上，重復(fù)兩次。室溫下晾干，從而得到了超疏水透明載玻片。其接觸角可達(dá)155°。所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片光學(xué)圖片如圖5所示，所得透明超疏水載玻片透光率如圖6所示。同樣的，將超疏水涂料噴涂到濾紙，織物，海綿，泡沫，鋁箔，塑料，木頭上可以得到不同的超疏水表面，其接觸角分別為 153°，155°，152°，153°，154°，157°，152°。
[0032]實施例3
將超疏水涂料噴涂于銅網(wǎng)(400目)上，再將其置于I M的鹽酸溶液中，10 s后拿出洗凈，其超疏水性喪失。再將其置于三氯甲烷、環(huán)己烷、丙酮或者1，2-二氯乙烷中，60 s后取出洗凈晾干其超疏水性恢復(fù)。此過程循環(huán)八次，效果依舊良好。其接觸角循環(huán)圖如圖4所示。同樣的，將超疏水涂料噴涂于織布上，再將其用鎳泡沫打磨，其超疏水性喪失。再將其置于三氯甲烷、環(huán)己烷、丙酮或者1，2- 二氯乙烷中，180 s后取出洗凈晾干其超疏水性恢復(fù)。
【主權(quán)項】
1.一種透明超疏水涂料，其特征在于該涂料通過以下步驟制備得到: A.有機-無機復(fù)合凝膠的制備:將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其PH值調(diào)至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5 h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠； B.疏水物質(zhì)修飾:在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90°C中反應(yīng)10-14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠； C.超疏水涂料的制備:將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60°C干燥6-10h，然后研磨得到形貌為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。2.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于所述首次加入的氨水的濃度為0.02 M，與硅酸酯的體積比為3:2 ;第二次加入的氨水的體積百分?jǐn)?shù)為25%-28%，與硅酸酯的體積比為3:10。3.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于所述鹽酸多巴胺與硅酸酯的質(zhì)量比為1:200-1:250。4.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于所述極性溶劑為甲醇；所述鹽酸的濃度為0.1M05.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于所述硅甲基修飾劑與硅酸酯的體積比為3:2，與正己烷的體積比為3:20。6.如權(quán)利要求1、2、3或5所述的涂料，其特征在于所述硅酸酯為正硅酸乙酯。7.如權(quán)利要求1或5所述的涂料，其特征在于所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。8.如權(quán)利要求1所述的涂料，其特征在于所述超疏水涂料的濃度為Ig/L-4 g/Lo9.如權(quán)利要求1所述涂料的應(yīng)用，其特征在于將涂料噴涂至基底上晾干即得到可自修復(fù)的透明超疏水涂層。10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于所述基底為銅網(wǎng)、織布、玻片、海綿、泡沫、木頭、塑料、鋁箔或濾紙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透明超疏水涂料，該涂料通過以下步驟制備得到：將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其pH值調(diào)至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5？h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14？h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠；在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90℃中反應(yīng)10-14？h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠；將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60℃干燥6-10？h，然后研磨得到超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。本發(fā)明還公開了該涂料噴涂到基底上作為透明超疏水涂層的應(yīng)用。本發(fā)明所述涂料制備工藝簡單，無毒環(huán)保，成本低廉。
【IPC分類】C09D187/00, C08G83/00
【公開號】CN105062360
【申請?zhí)枴緾N201510508485
【發(fā)明人】郭志光, 司一帆
【申請人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月19日