CN104259073A - 一种超疏油疏水涂层及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超疏油疏水涂层及其加工方法，涂层由三层纳米层制成，纳米层第一层为邻苯二酚衍生物，纳米层第二层为金属离子或金属配合物，纳米层第三层为表面活性剂。加工方法包括：将邻苯二酚衍生物、金属离子或金属配合物、表面活性剂分别配制成浓度为0.001-5wt％、50～70mM和0.01-5wt％的溶液，将基材先后浸泡于三种溶液中，通过层与层纳米层自组装即得超疏油疏水涂层。本发明可在含油场合不受限制的使用，可很好的附着于聚四氟乙烯上，并且可以长期耐受pH1～12的严苛环境；加工方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

Description

一种超疏油疏水涂层及其加工方法

技术领域

本发明属于涂层领域，特别涉及一种超疏油疏水涂层及其加工方法。

背景技术

目前超疏水涂层多采用氟化物或者纳米结构的聚合物进行接枝或者共混处理。这些超疏水涂层一般无法做到疏油，而且不带，不能在很多领域使用。今年有报道用500nm TiO₂纳米颗粒然后自组装纳米层做到超疏水表面，但是这种应用受到极大限制，主要限制有(1)无法做到疏油；(2)只能用于纳米颗粒；(3)长时间使用效果降低；(4)表面氟化处理，使用了价格昂贵的全氟硫醇处理；(5)受污染很难再生。所以对于工业应用来说这些都是不利的因素。

还有一种采用静电纺丝共混获得超疏油超疏水特性，使用含全氟支链的低聚倍半硅氧烷。很显然，使用这种技术可以获得极好的超疏油疏水性能，但存在如下缺点：(1)由于是采用含全氟支链的低聚倍半硅氧烷，这种物质至今还没有工业化量产，完全是实验室自己合成，因而生产成本极高；(2)由于是采用静电纺丝共混，所以很多物质都无法使用，例如PTFE。

工业化应用则多是简单的添加氟表面活性剂浸泡、烘干等步骤，但是有如下局限性：(1)对于基材有很强选择性，必须要有化学反应基团；(2)而且也只能做到疏水而很难做到疏油，而且持续性很差；(3)不耐强酸强碱强氧化。因而制约了工业化应用，到现在为止强疏油低成本无选择性的涂层依然是一个世界性难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超疏油疏水涂层及其加工方法，该涂层可在含油场合不受限制的使用，可很好的附着于聚四氟乙烯上，并且可以长期耐受pH1～12的严苛环境；加工方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

本发明的一种超疏油疏水涂层，所述涂层由三层纳米层制成，纳米层第一层为邻苯二酚衍生物，纳米层第二层为金属离子或金属配合物，纳米层第三层为表面活性剂。

所述邻苯二酚衍生物为乙胺基邻苯二酚或乙胺基羧基邻苯二酚。

所述金属离子或金属配合物为Cu(NO₃)₂或AgNO₃。

所述表面活性剂为全氟烷基磷酸酯、全氟辛基季胺碘化物或全氟烷基甜菜碱。

所述涂层的表观厚度在50nm以上，所述涂层对于水的接触角大于120度，对于煤油的接触角大于90度。

所述涂层表面通过增加金属纳米层形成类“荷叶”结构，具有自清洁的超疏油疏水特性。

所述涂层对于各类有机溶剂的接触角的调整通过调制各个纳米层的厚度实现，疏水性的提高通过增加纳米层的厚度实现，优选10～100nm，更优选20～40nm。

所述涂层带有，可用于各种特殊场合。

本发明的一种超疏油疏水涂层的加工方法，包括：

将邻苯二酚衍生物、金属离子或金属配合物、表面活性剂分别配制成浓度为0.001-5wt％、50～70mM、0.01-5wt％的溶液，将基材先后浸泡于三种溶液中，浸泡时间分别为1～3h、1～2h和1～2h，均为室温环境，通过层与层纳米层自组装即得超疏油疏水涂层。

基材浸泡于溶液中时通入氧气。

所述涂层的疏油性能通过调整溶液浓度、浸泡时间、溶液温度、是否通入氧气及流量实现控制。

所述涂层的疏油性能主要通过第二层和第三层实现，其中第二层提供了粗糙界面，而第三层提供了化学上的低表面张力。当溶液浓度较高时，则纳米层较厚；当浸泡时间较长时，则纳米层较厚，当通入氧气流量较高时，则第一层纳米层较厚。第一层纳米层主要影响涂层的粘结性能。强疏油疏水的特性是永久的。

有益效果

本发明可在含油场合不受限制的使用，可很好的附着于聚四氟乙烯上，并且可以长期耐受pH1～12的严苛环境；加工方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。由于涂层材质具有较强的疏油性质，在纺织领域可以使得衣服具有良好的透气性和自清洁性能；在污水处理领域，可以使脱气膜有更强的抗污染性；涂层在电子产品表面，能够长期保持表面清洁无污染。

附图说明

图1是原始的PTFE电镜照片，左图和右图分别为放大倍率2000和5000倍。

图2是经过0.1wt％乙胺基邻苯二酚处理的电镜照片，左图和右图分别为放大倍率2000和5000倍。

图3是经过50mM Cu(NO₃)₂处理PTFE的电镜照片，左图和右图分别为放大倍率2000和5000倍。

图4是经过0.1wt％全氟辛基季胺碘化物处理PTFE的电镜照片，左图和右图分别为放大倍率2000和5000倍。

图5是经过处理的PTFE膜丝对于酒精(左)和煤油(右)的接触角。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

配制0.1wt％乙胺基邻苯二酚溶液，将PTFE膜丝浸泡到溶液中3h，见图1和图2。烘干之后分别用50mM Cu(NO₃)₂溶液和1wt％全氟烷基磷酸酯溶液各浸泡1h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在75～80度。

实施例2

配制0.2wt％乙胺基邻苯二酚溶液，将PTFE基材浸泡到溶液中1.5h。烘干之后分别用50mM AgNO₃溶液和1wt％全氟辛基季胺碘化物溶液各浸泡2h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在110～120度。

图5显示经过处理的PTFE中空纤维膜对于水、煤油、酒精的接触角，PTFE本身可以强疏水，但是遇到酒精和煤油会被浸润。图中可以很明显的发现PTFE加上涂层以后获得了疏油的特性。

实施例3

配制0.1wt％乙胺基邻苯二酚溶液，将A4纸张基材浸泡到溶液中2h。烘干之后分别用50mM AgNO₃溶液和1wt％全氟烷基甜菜碱溶液各浸泡1h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在85～90度。

实施例4

配制0.5wt％乙胺基邻苯二酚溶液，将PTFE基材浸泡到溶液中2h。烘干之后分别用50mM AgNO₃溶液和1wt％全氟烷基甜菜碱溶液各浸泡1h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在110～120度。

实施例5

配制0.1wt％乙胺基邻苯二酚溶液，将PTFE基材浸泡到溶液中3h。烘干之后分别用50mM Cu(NO₃)₂溶液和0.1wt％全氟烷基磷酸酯溶液各浸泡1h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在70～75度。

实施例6

配制0.1wt％乙胺基羧基邻苯二酚溶液，将PVDF基材浸泡到溶液中2h。烘干之后分别用50mM Cu(NO₃)₂溶液和1％全氟烷基磷酸酯溶液各浸泡1h处理。接触角测试仪显示对煤油接触角在70～80度。

Claims (8)

1.一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述涂层由三层纳米层制成，纳米层第一层为邻苯二酚衍生物，纳米层第二层为金属离子或金属配合物，纳米层第三层为表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述邻苯二酚衍生物为乙胺基邻苯二酚或乙胺基羧基邻苯二酚。

3.根据权利要求1所述的一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述金属离子或金属配合物为Cu(NO₃)₂或AgNO₃。

4.根据权利要求1所述的一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述表面活性剂为全氟烷基磷酸酯、全氟辛基季胺碘化物或全氟烷基甜菜碱。

5.根据权利要求1所述的一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述涂层的表观厚度在50nm以上，所述涂层对于水的接触角大于120度，对于煤油的接触角大于90度。

6.根据权利要求1所述的一种超疏油疏水涂层，其特征在于：所述涂层表面通过增加金属纳米层形成类“荷叶”结构。

7.一种如权利要求1所述的超疏油疏水涂层的加工方法，包括：

将邻苯二酚衍生物、金属离子或金属配合物、表面活性剂分别配制成浓度为0.001-5wt％、50～70mM、0.01-5wt％的溶液，将基材先后浸泡于三种溶液中，浸泡时间分别为1～3h、1～2h和1～2h，均为室温环境，通过层与层纳米层自组装即得超疏油疏水涂层。

8.根据权利要求7所述的一种超疏油疏水涂层的加工方法，其特征在于：基材浸泡于溶液中时通入氧气。