CN105771872A - 一种气凝胶负载型保洁功能填料及制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于构筑仿生猪笼草效应自润滑表面的功能填料，具体为一种气凝胶负载型保洁功能填料，由气凝胶颗粒和润滑液制备而成。本发明所提供的气凝胶负载型保洁功能填料可用于与高分子等基材复合，制备自润滑仿生表面。本发明的功能填料可将润滑液封进基材内部，使润滑油逐步渗出，起到缓释效果。一方面，可以克服浸润法构建仿猪笼草效应的光滑多孔表面润滑油易损耗的缺点；另一方面，所制备的自润滑的仿猪笼草效应自润滑表面不需要构造粗糙表面结构，更有利于实现工业应用，可应用在海洋防污材料、防霜材料、防覆冰材料、油水分离材料中。

Description

一种气凝胶负载型保洁功能填料及制备与应用
技术领域
本发明涉及一种可用于构筑仿生猪笼草效应自润滑表面的功能填料，具体涉及一种气凝胶负载型保洁功能填料及制备与应用。
背景技术
仿生猪笼草自润滑表面具有抗有机液体、复杂液体(原油、血液等)、冰以及生物膜黏附，抗压稳定性好，能够自修复等优点，近年来已成为新材料研究领域的一大热点。仿生猪笼草自润滑表面可达到分子尺度的光滑，能显著减小液滴滑动角和滞后角，能够高效抑制各种基材包括油脂、血液、冰以及生物膜的黏附，在自清洁涂料、海洋防污、促进滴状冷凝、防霜防覆冰、油水分离、生物医用领域具有广阔的应用前景。
在仿猪笼草自润滑表面的研究中，Aizenberg等提出了构建仿猪笼草效应光滑多孔表面遵循的三个原则［Nature，2011，477(7365):443］:润滑液体和排斥液体不互溶;润滑液与固体基材的化学亲合力高于被排斥液和固体基材的化学亲合力;固体表面必须是纳米复合粗糙结构提供足够大的表面来吸附和储存润滑油。满足上述三个条件才能够维持稳定的润滑膜。目前已发展多种浸润方式构建仿猪笼草效应光滑多孔表面的方法，一般通过在金属、玻璃、塑料、陶瓷等基材上，构建多孔的纳米粗糙结构，然后灌注不同的润滑油，得到具有独特表面性能的仿猪笼草的灌注液体的光滑多孔表面。仿猪笼草效应的光滑多孔表面的应用还存在一些问题有待解决。一方面，目前的方法需要先通过复杂的方法制备高度粗糙表面(如刻蚀法、电化学沉积法、层层自组装等)，涉及特定的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以用于大面积仿猪笼草效应的光滑多孔表面的制备；另一方面，其表面的润滑油会因为挥发以及流体挟带等逐渐损耗，其仿猪笼草的超光滑表面性能会逐渐向仿荷叶效应的超疏水表面转变。
气凝胶是一种以纳米量级粒子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料，因其具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点，在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质，在航天、军事、石油、化工、矿产、通讯、医用、建材、电子、冶金等众多领域有着广泛而巨大的应用价值，被称为“改变世界的神奇材料”。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可用于构筑仿生猪笼草效应自润滑表面的功能填料及其制备方法和应用。该功能填料为一种气凝胶负载型保洁功能填料。该填料应用于基材内部，可使得润滑液缓释到基材表面，起到自润滑的作用，可应用在海洋防污材料、防霜材料、防覆冰材料、油水分离材料中。
本发明的目的通过以下方式来完成：
一种气凝胶负载型保洁功能填料，主要由以下组分的原料制备而成：
气凝胶颗粒100质量份；
润滑液10~2000质量份；
其中，所述气凝胶颗粒为二氧化硅气凝胶颗粒、炭气凝胶颗粒、纤维素气凝胶颗粒、二氧化钛气凝胶颗粒的至少一种；
所述的润滑液为全氟聚醚、硅油、离子液体的至少一种；
进一步的，所述的气凝胶颗粒的密度为0.05~0.5g/ml；
进一步的，所述的气凝胶颗粒的比表面积为300~1200m2/g；
进一步的，所述的气凝胶颗粒的粒径尺寸为0.5~1000μm。
一种气凝胶负载型保洁功能填料的制备方法，步骤为：按质量份数，将气凝胶颗粒和润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。
本发明的气凝胶负载型保洁功能填料在海洋防污材料、防霜材料、防覆冰材料、油水分离材料中的应用。其应用可直接将本发明的气凝胶负载型保洁功能填料加入相应的基材里，如涂料基材里面，制备成海洋防污涂料、防霜涂料、防覆冰涂料。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明所提供的气凝胶负载型保洁功能填料可用于与高分子等基材复合，制备自润滑仿生表面。本发明的功能填料可将润滑液封进基材内部，使润滑油逐步渗出，起到缓释效果。一方面，可以克服浸润法构建仿猪笼草效应的光滑多孔表面润滑油易损耗的缺点；另一方面，所制备的自润滑的仿猪笼草效应自润滑表面不需要构造粗糙表面结构，更有利于实现工业应用。
附图说明
图1位实施例7中复合涂层和对照样表面的水滴接触角图片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例子对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按质量份数，将100质量份二氧化硅气凝胶颗粒和1000质量份全氟聚醚润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.1g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为800m2/g；气凝胶颗粒的粒径尺寸为10μm。
实施例2
按质量份数，将100质量份二氧化硅气凝胶颗粒和500质量份硅油润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.15g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为900m2/g；气凝胶颗粒的粒径平均尺寸为20μm。
实施例3
按质量份数，将100质量份炭气凝胶颗粒和200质量份硅油润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.05g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为1200m2/g；气凝胶颗粒的粒径尺寸为100μm。
实施例4
按质量份数，将100质量份炭气凝胶颗粒和2000质量份全氟聚醚润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.5g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为300m2/g；气凝胶颗粒的粒径尺寸为100μm。
实施例5
按质量份数，将100质量份纤维素气凝胶颗粒和10质量份硅油润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.05g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为800m2/g；气凝胶颗粒的粒径尺寸为0.5μm。
实施例6
按质量份数，将100质量份二氧化钛气凝胶颗粒和2000质量份离子液体润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。其中气凝胶颗粒的密度为0.1g/ml；气凝胶颗粒的比表面积为500m2/g；气凝胶颗粒的粒径尺寸为1000μm。
实施例7
将实施例2中所得到的气凝胶负载型保洁功能填料100质量份，与200质量份油性聚氨酯涂料混合，搅拌混合均匀，涂膜固化，得到复合涂层。将未添加气凝胶负载型保洁功能填料的油性聚氨酯涂层作为对照样。
附图1为复合涂层及对照样的水滴接触角图片对比图。从图中可以看出，未添加气凝胶负载型保洁功能填料的油性聚氨酯涂层对照样表面的接触角CA为70°，而添加有气凝胶负载型保洁功能填料的复合涂层表面的接触角CA为103°，具有明显的疏水性。这是由于复合涂层内部气凝胶负载型保洁功能填料中硅油缓释到表面，从而呈现出较好的疏水特性。经过测试，水滴在未添加气凝胶负载型保洁功能填料的油性聚氨酯涂层对照样表面不易滚动，而水滴在复合涂层表面的滚动角SA为4°，可知水滴在复合涂层表面容易滚动，复合涂层具有明显的润滑效果。

Claims (4)

1.一种气凝胶负载型保洁功能填料，其特征在于：主要由以下组分的原料制备而成：
气凝胶颗粒100质量份；
润滑液10~2000质量份；
其中，所述气凝胶颗粒为二氧化硅气凝胶颗粒、炭气凝胶颗粒、纤维素气凝胶颗粒、二氧化钛气凝胶颗粒的至少一种；
所述的润滑液为全氟聚醚、硅油、离子液体的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种气凝胶负载型保洁功能填料，其特征在于：
所述的气凝胶颗粒的密度为0.05~0.5g/ml；
所述的气凝胶颗粒的比表面积为300~1200m2/g；
所述的气凝胶颗粒的粒径尺寸为0.5~1000μm。
3.根据权利要求1所述的一种气凝胶负载型保洁功能填料的制备方法，其特征在于：
按质量份数，将气凝胶颗粒和润滑液混合，搅拌均匀，过滤除去多余润滑液，得到气凝胶负载型保洁功能填料。
4.根据权利要求1~3任一项所述气凝胶负载型保洁功能填料在海洋防污材料、防霜材料、防覆冰材料、油水分离材料中的应用。
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