CN105062360B - 一种透明超疏水涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明超疏水涂料，该涂料通过以下步骤制备得到：将硅酸酯溶于极性溶剂中，在搅拌条件下向其中加入氨水作为催化剂，用盐酸将其pH值调至5‑6，然后加入盐酸多巴胺粉末搅拌3‑5 h，再次加入催化剂氨水后陈化12‑14 h即得聚多巴胺‑二氧化硅凝胶；在聚多巴胺‑二氧化硅凝胶中加入正己烷和硅甲基修饰剂，置于70‑90℃中反应10‑14 h，然后抽滤、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺‑二氧化硅凝胶；将超疏水聚多巴胺‑二氧化硅凝胶在40‑60℃干燥6‑10 h，然后研磨得到超疏水聚多巴胺‑二氧化硅凝胶粉末，将粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。本发明还公开了该涂料喷涂到基底上作为透明超疏水涂层的应用。本发明所述涂料制备工艺简单，无毒环保，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种透明超疏水涂料及其应用。
背景技术
超疏水现象在自然界广泛存在，如荷叶表面、蝴蝶翅膀、水黾腿等。超疏水表面一般指材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的优异的表面性能：疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。
透明的超疏水涂层具有良好的可见光透过性和疏水性，可以将其应用于各种生活用品中，比如汽车、飞机、航天器等挡风玻璃上，当雨水落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在玻璃上，同时带走玻璃上大量的灰尘；也可以应用于太阳能电池表面，使其保持较高的光吸收效率。透明超疏水涂层应用在高层建筑的表面和玻璃上，可以减少清洁次数，降低清洁费用且避免了高空作业的危险。另一方面，自修复性涂料往往具有更长的使用寿命以及更广的应用空间，环境等限制因素较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透明超疏水涂料及其应用。
一种透明超疏水涂料，其特征在于该涂料通过以下步骤制备得到：
A．有机-无机复合凝胶的制备：将硅酸酯溶于极性溶剂中，在搅拌条件下向其中加入氨水作为催化剂，用盐酸将其pH值调至5-6，然后加入盐酸多巴胺粉末搅拌3-5 h，再次加入催化剂氨水后陈化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝胶；
B．疏水物质修饰：在聚多巴胺-二氧化硅凝胶中加入正己烷和硅甲基修饰剂，置于70-90℃中反应10-14 h，然后抽滤、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶；
C．超疏水涂料的制备：将超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶在40-60℃干燥6-10 h移除溶剂和残余反应物，然后研磨得到形貌为三维网络结构、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅颗粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶粉末，将粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。
所述首次加入的氨水的浓度为0.02 M，与硅酸酯的体积比为3:2；第二次加入的氨水的体积百分数为25%-28%，与硅酸酯的体积比为3: 10。
所述盐酸多巴胺与硅酸酯的质量比为1:200-1:250。
所述极性溶剂为甲醇；所述盐酸的浓度为0.1 M。
所述硅甲基修饰剂与硅酸酯的体积比为3:2，与正己烷的体积比为3:20。
所述硅酸酯为正硅酸乙酯。
所述硅甲基修饰剂为六甲基二硅胺烷。
所述超疏水涂料的浓度为1 g/L-4 g/L。
将上述超疏水涂料喷涂至基底上晾干即可得到可自修复的透明超疏水涂层。
所述基底为铜网、织布、玻片、海绵、泡沫、木头、塑料、铝箔或滤纸。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明所述涂料的制备工艺简单，无高温高压需要，原料易得，无毒环保，成本低廉。
2、本发明所述涂料喷涂至基底上所得涂层对水的接触角大于150°，滚动角小于10°，适用于各种干净基底。
3、本发明所述涂料由三维网络状的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶制得，因此其涂层具有机械强度大、附着力强以及使用寿命长的优点。
附图说明
图1为本发明所述超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶粉末的透射电镜图，其中a为低分辨率透射电镜图，b为高分辨率透射电镜图。可见超疏水有机-无机复合凝胶粉末的形貌为三维网络结构，其中包裹有30-40 nm的二氧化硅颗粒。
图2为本发明实施例1所得超疏水铜网的扫描电镜图。其中a为低分辨率扫描电镜图，b为高分辨率扫描电镜图。可见在低分辨率下超疏水铜网表面并没有显示出明显的粗糙结构，但是在高分辨率下可以看见粒径为30-40 nm的二氧化硅颗粒。
图3为本发明实施例1所得超疏水铜网的水接触角。接触角值可达160°。
图4为本发明实施例3所得超疏水铜网的接触角自修复循环图。
图5为本发明实施例2所得不同浓度喷涂的超疏水载玻片光学图片，从左到右浓度分别为1 g/L，2.5 g/L，4 g/L。可见超疏水载玻片表现出良好的透明性，可以清楚的看清载玻片下方的英文。
图6为本发明实施例2所得不同浓度喷涂的超疏水载玻片透光率。
具体实施方式
实施例1
（1）有机-无机复合凝胶的制备：
将5 mL正硅酸乙酯（TEOS）溶于10 mL甲醇中，在磁力搅拌下再将10 mL甲醇与7.5mL的氨水（0.02 M）混合溶液加入其中。往该体系中逐滴加入3.5 mL的盐酸溶液（0.1 M）将溶液pH值调至5。往此溶液中加入0.02 g盐酸多巴胺（DOPA）粉末，磁力搅拌3 h，再将1.5 mL氨水（体积分数25%-28%）逐滴缓慢滴入溶液中，陈化12 h，从而得到聚多巴胺-二氧化硅凝胶。
（2）疏水物质修饰：
将步骤（1）中获得的复合凝胶全部转移至反应釜中，加入50 mL的正己烷溶剂及7.5 mL 六甲基二硅胺烷，置于80℃中反应10 h。取出后，抽滤后再用正丙醇清洗两次，从而完成疏水物质修饰步骤。
（3）超疏水涂料制备：
将步骤（2）中获得的超疏水凝胶置于烘箱，60℃干燥6 h，目的是移除溶剂和残余反应物。再将干凝胶研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅复合凝胶粉末。将粉末分散于乙醇中超声10 min配成浓度为2.5 g/L的超疏水涂料，室温下超声15 min。所得复合粉末的透射电镜图片如图1所示。
（4）涂料喷涂：
将步骤（3）中获得的超疏水涂料转移至喷瓶中，喷至干净的铜网（400目）上。室温下晾干，从而得到了超疏水铜网。所得涂层扫描电镜图片如图2所示，所得超疏水铜网的水接触角图片如图3所示。
实施例2
（1）有机-无机复合凝胶的制备：
将5 mL正硅酸乙酯（TEOS）溶于10 mL甲醇中，在磁力搅拌下再将10 mL甲醇与7.5mL的氨水（0.02 M）混合溶液加入其中。往该体系中逐滴加入3.5 mL的盐酸溶液（0.1 M）将溶液pH值调至5。往此溶液中加入0.02 g盐酸多巴胺（DOPA）粉末，磁力搅拌3 h，再将1.5 mL氨水（体积分数为25%-28%）逐滴缓慢滴入溶液中，陈化12 h，从而得到聚多巴胺-二氧化硅凝胶。
（2）疏水物质修饰：
将步骤（1）中获得的复合凝胶全部转移至反应釜中，加入50 mL的正己烷溶剂及7.5 mL 六甲基二硅胺烷，置于80℃中反应10 h。取出后，抽滤后再用正丙醇清洗两次，从而完成疏水物质修饰步骤。
（3）超疏水涂料制备：
将步骤（2）中获得的超疏水凝胶置于烘箱，60℃干燥8 h，目的是移除溶剂和残余反应物。再将干凝胶研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅复合凝胶粉末。取一定量粉末分散于乙醇中超声10 min配成浓度分别为1 g/L， 2.5 g/L，4 g/L的超疏水涂料，室温下超声15min。
（4）涂料喷涂：
将步骤（3）中获得的不同浓度超疏水涂料分别转移至喷瓶中，喷至干净的载玻片上，重复两次。室温下晾干，从而得到了超疏水透明载玻片。其接触角可达155°。所得不同浓度喷涂的超疏水载玻片光学图片如图5所示，所得透明超疏水载玻片透光率如图6所示。同样的，将超疏水涂料喷涂到滤纸，织物，海绵，泡沫，铝箔，塑料，木头上可以得到不同的超疏水表面，其接触角分别为153°，155°，152°，153°，154°，157°，152°。
实施例3
将超疏水涂料喷涂于铜网（400目）上，再将其置于1 M的盐酸溶液中，10 s后拿出洗净，其超疏水性丧失。再将其置于三氯甲烷、环己烷、丙酮或者1,2-二氯乙烷中，60 s后取出洗净晾干其超疏水性恢复。此过程循环八次，效果依旧良好。其接触角循环图如图4所示。同样的，将超疏水涂料喷涂于织布上，再将其用镍泡沫打磨，其超疏水性丧失。再将其置于三氯甲烷、环己烷、丙酮或者1,2-二氯乙烷中，180 s后取出洗净晾干其超疏水性恢复。
Claims (7)
1.一种透明超疏水涂料，其特征在于该涂料通过以下步骤制备得到：
A．有机-无机复合凝胶的制备：将硅酸酯溶于极性溶剂中，在搅拌条件下向其中加入氨水作为催化剂，用盐酸将其pH值调至5-6，然后加入盐酸多巴胺粉末搅拌3-5 h，再次加入催化剂氨水后陈化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝胶；所述首次加入的氨水的浓度为0.02M，与硅酸酯的体积比为3:2；第二次加入的氨水的体积百分数为25%-28%，与硅酸酯的体积比为3: 10；所述盐酸多巴胺与硅酸酯的质量比为1:200-1:250；
B．疏水物质修饰：在聚多巴胺-二氧化硅凝胶中加入正己烷和硅甲基修饰剂，置于70-90℃中反应10-14 h，然后抽滤、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶；所述硅甲基修饰剂与硅酸酯的体积比为3:2，与正己烷的体积比为3:20；
C．超疏水涂料的制备：将超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶在40-60℃干燥6-10 h，然后研磨得到形貌为三维网络结构、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅颗粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝胶粉末，将粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。
2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述极性溶剂为甲醇；所述盐酸的浓度为0.1M。
3.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述硅酸酯为正硅酸乙酯。
4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述硅甲基修饰剂为六甲基二硅胺烷。
5.如权利要求1所述的涂料，其特征在于所述超疏水涂料的浓度为1 g/L-4 g/L。
6.如权利要求1所述涂料的应用，其特征在于将涂料喷涂至基底上晾干即得到可自修复的透明超疏水涂层。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述基底为铜网、织布、玻片、海绵、泡沫、木头、塑料、铝箔或滤纸。
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