CN104979514A - 一种简便廉价的通用包覆技术 - Google Patents

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张震
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Abstract

本发明涉及一种简便廉价的通用包覆技术，特别是一种含有酚类及其衍生物和常见氨基酸的简便，廉价通用包覆技术，在溶液中酚类及其衍生物和常见氨基酸形成的聚合物，对基质具有很好的粘附作用，通过简单的浸没搅拌，可以在不同的基质表面形成均匀的包覆层，例如合金，无机材料，有机聚合物等。

Description

一种简便廉价的通用包覆技术
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种简便廉价的通用包覆技术。
背景技术
物质表面的包覆修饰改性一直在现代化学，生物，材料科学，以及应用科学，能源环境领域具有重要用途。现行的一些物质表面包覆修饰改性方法，有单分子层自组装，功能化硅法，Langmuir-Blodgett沉积技术，叠层堆积法，以及基因工程中的表面链接多肽法等。其虽在一些研究中有具体的应用实例，
但在广泛的实际应用中受到诸多限制。例如对修饰层与基质表面化学性质的特殊要求(如功能化硅法)，复杂设备的使用和所包覆修饰基质的大小和形体的限制(Langmuir-Blodgett沉积技术)，以及多级繁琐的修饰步骤(叠层堆积法，表面链接多肽法)等。
因此，开发一种简便，通用的物质表面包覆修饰改性方法是十分必要的。
已有研究表明多巴胺可以在多种物质表面粘附，且粘结性能优异，过程简单易行。此种方法源于贻贝分泌的一种丝足蛋白可以有效地粘结在各种物体的表面，已有科学家对此现象的原理进行了研究。研究结果表明，该丝足蛋白中的二羟基苯丙氨酸(DOPA)起到主要作用，并证明多巴胺可以在各种有机或无机材料基体表面粘结，粘结性能与基体无关。专利CN103682216A中，通过多巴胺在PP多孔膜表面聚合形成聚多巴胺，并作为中间层，在上面覆盖一层二氧化硅陶瓷，进行薄膜表面的包覆修饰改性。但多巴胺价格昂贵，显然制约了其进一步的实际应用，尤其是工业化前景。
发明内容
为解决上述问题，我们发明了一种廉价且简便通用的包覆方法，所使用的原料费用远不及多巴胺包覆的十分之一，且修饰包覆性能可与多巴胺相比拟，可包覆高分子薄膜，硬币，氮化硼等物质，涵盖了合金，无机材料，有机聚合物几乎所有物质领域，具有广泛的适用性。而且，包覆修饰过程极其简便，只需将所要包覆的基质浸入所配混合溶液，搅拌多天即可。
本发明的目的在于提供一种含有酚类及其衍生物和常见氨基酸的包覆方法，该包覆方法具有简便易行，通用性强，可包覆各种物质，且原料廉价易得的优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种简便廉价的通用包覆技术，以醇和水的混合溶剂作为反应介质，加入摩尔比为1:1的酚类物质和氨基酸配制成溶液，并滴加氨水，将所需包覆的物质浸入其中并搅拌5-7天，水洗、风干、即在基质表面形成一层酚类物质和氨基酸的聚合物包覆层。
酚类物质和氨基酸，在碱性溶液及氧化环境中，能在基体材料表面自聚-复合，形成具有高粘附性的膜层，但PH值过大时，不利于反歧化反应和后续交联反应的进行，因此，本发明优选的氨水的加入量为溶液总体积的1-50‰，醇和水的体积比为1:2。
酚类物质和氨基酸的聚合物的包覆性能受到酚类物质结构特性和氨基酸化学性质的影响，本发明对酚类物质及其衍生物和氨基酸的种类进行筛选，以获得较佳的应用性能，优选的包覆膜原材料如下：苯酚，邻苯二酚，间苯二酚，对苯二酚，三羟基苯，对羟基苯甲醛，二羟基苯甲醛，二羟基苯甲酸或三羟基苯甲醛；赖氨酸，聚赖氨酸，色氨酸，酪氨酸及具有类似结构的乙胺，乙二胺，聚乙二胺。
优选的是，所述常见氨基酸为赖氨酸。可进行ε-氨基的甲基化形成一甲基，二甲基和三甲基赖氨酸或进行乙酰化和泛素化等修饰。
包覆对改善材料的电化学性能有很大帮助，但包覆层也不易过厚或过薄，例如制备电池包覆隔膜时，包覆厚度太大时，虽然界面反应得到很好抑制，但锂离子嵌入石墨层间的石墨层间的迁移距离增长，迁移难度增大，嵌锂容量开始降低；包覆厚度太薄时，电极表面的石墨结构未能被有效覆盖，电解液组分在石墨表面的还原反应不能被有效控制，电极性质也会因此受到一定程度的影响。因此，优选的酚类物质和氨基酸的聚合物包覆层厚度为20nm-300um。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种简单易行，且原料廉价易得的包覆方法，用途广泛且极具工业化前景。可以应用于涂料，能源，电池等各个行业，如修饰隔膜，改善其润湿性，包覆电极材料，提高电化学性能等等。
附图说明
图1邻苯二酚和赖氨酸聚合物包覆的聚乙烯薄膜图(左边为包覆，右边为未包覆)
图2邻苯二酚和赖氨酸聚合物包覆的氮化硼粉末图(左边为未包覆，右边为包覆)
图3邻苯二酚和赖氨酸聚合物包覆的硬币图(左边为未包覆，右边为包覆)
图4邻苯二酚和赖氨酸聚合物的红外光谱图
图5邻苯二酚和赖氨酸聚合物包覆的聚乙烯薄膜循环图(石墨作为正极，锂片作为负极)
图6邻苯二酚和赖氨酸聚合物包覆的聚乙烯薄膜阻抗图(石墨作为正极，锂片作为负极)
具体实施方式
实施例1
本实施例所述以邻苯二酚和赖氨酸为原料，包覆聚乙烯薄膜。
配制水和乙醇的混合溶剂150ml(体积比水/乙醇＝1/2)，加入邻苯二酚和赖氨酸各0.01mol，搅拌并使之溶解。将聚乙烯薄膜浸入所配的混合溶液，搅拌5天后取出，并用水冲洗，然后风干。很明显，在聚乙烯薄膜表面覆盖了一层土灰色的包覆物质。结果如图1所示。说明该种包覆方法对聚合物具有优良的包覆性能。图2是包覆后聚乙烯薄膜的的红外谱图，其中2900cm-1附近有C-H不饱和键的吸收峰，且1500和650-900处尖锐的吸收峰可归于苯环中C＝C伸缩振动和苯环上C-H的平面外弯曲振动，说明包覆层中含有苯环。
实施例2
将实施例1中包覆的聚乙烯薄膜用作电池隔膜，组装成电池，以提高电池性能。
以锂片为负极，工厂所使用的石墨为正极，将包覆的聚乙烯薄膜和未包覆的聚乙烯薄膜分别作为电池隔膜组装成纽扣电池，进行电池充放电比容量性能测试。经对比，隔膜经包覆后电池的充放电比容量由约220mAh/g增加至340mAh/g左右，电池充放电比容量提高一半之多，结果如图3所示。说明邻苯二酚和赖氨酸的聚合物对隔膜的包覆可用于改进电池隔膜，提高电池的充放电比容量。
实施例3
将实施例1中包覆的聚乙烯薄膜用作电池隔膜，组装成电池，通过增加隔膜的润湿性，以降低电池内阻。
以磷酸铁锂为正极，硅片为负极，分别以聚乙烯薄膜和未包覆的聚乙烯薄膜分别作为电池隔膜，组装电池，进行阻抗性能测试。结果显示电池阻抗由430左右欧姆降至约220欧姆，如图4所示。即邻苯二酚和赖氨酸的聚合物的包覆可提高电池隔膜的润湿性，从而降低电池内阻。
实施例4
用邻苯二酚和赖氨酸的聚合物包覆氮化硼
与实施例1相比，区别仅在于：将氮化硼粉末加入所配制的混合溶液，并搅拌。五天后将其混合溶液过滤，所得固体用去离子水洗涤多次，然后烘干。很显然，经包覆后的氮化硼颜色变黄，结果如图5所示。即邻苯二酚和赖氨酸的聚合物对无机材料也有着很好包覆性能。
实施例5
用邻苯二酚和赖氨酸的聚合物包覆硬币
其他步骤与实施例1相同，仅将包覆基体改换为硬币，浸入所配制的混合溶液，搅拌五天后取出，并用水冲洗，然后风干。经对比，包覆后的硬币颜色明显发生改变，结果如图5所示。说明该包覆方法也可适用于金属，合金类物质的包覆。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种简便廉价的通用包覆技术，其特征在于：以醇和水的混合溶剂作为反应介质，加入摩尔比为1:1的酚类物质和氨基酸配制成溶液，并滴加氨水，将所需包覆的物质浸入其中并搅拌5-7天，水洗、风干、即在基质表面形成一层酚类物质和氨基酸的聚合物包覆层。
2.根据权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，所述氨水的加入量为溶液总体积的1-50‰。
3.根据权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，所述醇和水的混合溶剂中，醇和水的体积比为1:2。
4.根据权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，所述酚类及其衍生物包括苯酚，邻苯二酚，间苯二酚，对苯二酚，三羟基苯及它们相应的衍生物。
5.根据权利要求4所述的包覆方法，其特征在于，所述的相应的衍生物为对羟基苯甲醛，二羟基苯甲醛，二羟基苯甲酸或三羟基苯甲醛。
6.根据权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，所述氨基酸包括赖氨酸，聚赖氨酸，色氨酸，酪氨酸及具有类似结构的乙胺，乙二胺，聚乙二胺。
7.根据权利要求6所述的包覆方法，其特征在于，所述氨基酸为赖氨酸。
8.根据权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，所述酚类物质和氨基酸的聚合物包覆层厚度为20nm-300um。
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