CN107353760A - 一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层及其制备方法和用途 - Google Patents

一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，所述聚丙烯酰胺涂层与水的接触角≤10°，所述聚丙烯酰胺涂层在水下与油的接触角≥160°，所述聚丙烯酰胺涂层是由两性离子型聚丙烯酰胺和交联剂发生交联反应而得到的；所得到的聚丙烯酰胺涂层水溶液具有良好的流动性；本发明还公开了一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的制备方法，所述制备方法具有条件温和、简单易行、产率较高的特点；本发明的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层等。

Description

一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的制备方法。
背景技术
表面浸润性是固体表面的一个重要特征，通常以接触角(Contact Angle,CA)来表征液体对固体的浸润程度。一般来说，在气、液、固三相体系，固体表面与水的接触角小于90°时，称之为亲水表面。当固体表面与水的接触角小于10°时，称之为超亲水表面[参见Tettey K.E.,Dafinone M.I.,Lee D.,Materials Express,2011,1,89-104]。超亲水材料在自清洁、抗雾、防冻和减阻等方面有很广泛的应用前景。制备超亲水表面主要有两种途径：一时如TiO2、ZnO、SnO2、WO3、V2O5等无机材料受紫外光或可见光辐照后，材料表面晶体构型发生改变，由疏水转变为超亲水[参见(a)SunR.D.,NakajimaA.,FujishimaA.,Watanabe T.,Hashimoto K.,J.Phys.Chem.B,2001,105,1984-1990；(b)FujishimaA.,Zhang X.T.,Tryk D.A.,Surf.Sci.Rep.,2008,63,515-582]；二是在亲水材料表面构建微纳尺寸粗糙结构[参见WenzelR.N.,J.Phys.Colloid.Chem.,1949,53,1466-1467]。
近年来，聚合物超亲水表面由于其原料经济、选择多样、可加工性强、易于大规模制备等原因，逐渐受到研究者们的重视。聚合物主要通过表面化学修饰及表面构建微纳尺寸粗糙结构的方法来制备超亲水表面。常用制备方法有电化学方法[Zang J.F.,Li C.M.,Bao S.J.,Cui X.Q.,Bao Q.L.,Sun C.Q.,Macromolecule,2008,41,7053-7057]、等离子体技术[Fang J.,KelarakisA.,Estevez L.,Wang Y.,Rodriguez R.,Giannelis E.P.J.Mater.Chem.,2010,20,1651-1662]、气相沉积法[Borras A.,Barranco A.,Gonzalez-Elipe A.R.,Langmuir,2008,24,8021-8026]、层层自组装法[Cebeci F.C.,Wu Z.Z.,ZhaiL.,Cohen R.E.,Rubner M.F.Langmuir,2006,22,2856-2862]、模板法[Sheng J.T et al.Chemistry of Materials,2005,17,5726-5730]等。受到材料特性、制备方法、表面微结构的机械强度等因素的限制，聚合物超亲水表面的大规模应用还远未实现，其主要问题有以下几点：(1)已有工艺对聚合物结构组成要求较高，不具有普适性，一般来说，要求聚合物表面具有羟基等亲水性官能团；(2)缺乏简单、经济和环境友好的制备方法，现有的方法多涉及昂贵的仪器设备或复杂的工艺流程，难以用于大面积超亲水表面的制备；(3)目前所制备的超亲水表面微结构机械强度差，使用寿命较短，易受外界因素如光照、温度等影响，不能满足长期使用的要求。
目前已经公开了通过构造纳米微孔结构来制备聚合物超亲水表面的方法[申请公开号CN105017554A、CN105085945A和CN105199530A]。该方法制作过程简单，成本低且对环境友好，通过合成两种不同离子类型的聚丙烯酰胺，并将二者混合使用得到了具有良好的亲水性能的涂层。在进一步研究中，本发明合成了一类两性离子型聚丙烯酰胺，并将其交联制作成涂层，同样能实现良好的超亲水效果，且方法更为简单、易操作。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的制备方法。
本发明要解决的第三个技术问题是提供一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的用途。
为解决第一个技术问题，本发明提供一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层。所述聚丙烯酰胺涂层与水的接触角≤10°，所述聚丙烯酰胺涂层在水下与油的接触角≥160°，所述聚丙烯酰胺涂层是由两性离子型聚丙烯酰胺和交联剂发生交联反应而得到的。
具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层对水具有超亲润性，在水下具有超疏油性。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1：向有机溶剂中加入丙烯酰胺单体、阳离子单体、阴离子单体和水，搅拌溶解，得第一混合物；向所述第一混合物中通入氮气，在10～30min将所述第一混合物升温至40～70℃，然后在氮气保护下加入引发剂进行搅拌反应，得第二混合物；
S2：将所述第二混合物进行减压过滤，向减压过滤后的固体产物中多次加入水和有机溶剂进行重沉淀，然后将沉淀物于真空烘箱进行干燥得两性离子型聚丙烯酰胺；
S3：将所述两性离子型聚丙烯酰胺加入到水中，得质量分数为5～40％的两性离子型聚丙烯酰胺水溶液；向两性离子型聚丙烯酰胺水溶液中加入交联剂，调节pH值为2～5，得第三混合物；
S4：将所述第三混合物以涂布的方法涂于固体基底上，涂布后放入40℃～80℃的烘箱中进行交联反应2～5h，得聚丙烯酰胺涂层的粗产品；将所述聚丙烯酰胺涂层的粗产品于碱溶液中浸泡0.5～3h，然后取出涂层，用水清洗，吹干得具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层。
步骤S1中，所述水的用量在第一混合物中的质量百分数≤10％。可通过调整水在第一混合物中的质量百分数对所得到的两性离子型聚丙烯酰胺的分子量进行调控。
步骤S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
所述阳离子单体为含有季铵盐基团的单体；优选地，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺-β-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基(2-甲基丁基)三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵。
优选地，所述阳离子单体用量是单体总量的5～80％；更优选地，所述阳离子单体用量是单体总量的10～50％。
优选地，所述阴离子单体为丙烯酸及其钠盐、钾盐或铵盐，甲基丙烯酸及其钠盐、钾盐或铵盐，马来酸及其钠盐、钾盐或铵盐，衣康酸及其钠盐、钾盐或铵盐，3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸及其钠盐、钾盐或铵盐，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐。
优选地，所述阴离子单体用量是单体总量的5～80％；更优选地，所述阴离子单体用量是单体总量的10～50％。
步骤S1中，所述丙烯酰胺单体用量是单体总量的15～90％；优选地，所述丙烯酰胺单体用量是单体总量的40～80％。
步骤S1中，所述搅拌反应的时间为12～24h。
通过改变单体的用量对所得到的两性离子型聚丙烯酰胺的分子量进行调控。
步骤S1中，所述单体总量是所述第一混合物总量的10～30％。
所述引发剂为偶氮类引发剂、无机过氧化物或有机过氧化物类引发剂；优选地，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二丁酸二异丁酯或偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种；所述无机过氧化物或有机过氧化物类引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰中的一种或多种；更优选地，所述引发剂的用量是单体总量的0.001～1％。
通过改变引发剂的用量对所得到的两性离子型聚丙烯酰胺的分子量进行调控。
步骤S1中，可加入还原剂，所述还原剂为亚硫酸氢钠或偏亚硫酸钠。
步骤S2中，所述有机溶剂不能溶解两性离子型聚丙烯酰胺，多次加入所述有机溶剂进行反复清洗和重沉淀，彻底去除未反应的单体和引发剂，清洗后的沉淀物置于40～90℃真空烘箱进行干燥20～40h，干燥后得两性离子型聚丙烯酰胺。
将所述两性离子型聚丙烯酰胺保存于干燥密闭容器内。
步骤S2中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、丁酮或环己酮中的一种或多种。
所述交联剂为铬盐、硼盐、钛盐、铽盐、甲醛、乙二醛、戊二醛、对苯二甲醛或邻苯二甲醛；优选地，所述交联剂为乙二醛、戊二醛或对苯二甲醛。
进一步优选地，所述交联剂用量是两性离子型聚丙烯酰胺总量的0.01～10％。；更优选地，所述交联剂用量是两性离子型聚丙烯酰胺总量的0.1～10％。
优选地，所述涂布的方法包括旋转涂覆、浸涂或喷涂。
步骤S4中，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾水溶液。
优选地，所述碱溶液的浓度为0.01～1mol/L。
通过改变两性离子型聚丙烯酰胺水溶液的质量分数、交联剂的用量和碱溶液的浓度可以改变涂层亲水性能。
所述聚丙烯酰胺涂层的粗产品在碱溶液的作用下溶胀，其微结构发生改变。
为解决第三个问题，本发明还提供了一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的用途，所述聚丙烯酰胺涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
除非特别说明，本发明的百分数“％”，均是指质量百分数。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中两性离子型聚丙烯酰胺的粘均分子量在1×104-5×105，阴离子单体和阳离子单体在聚丙烯酰胺中皆大于5％，较其它方法制得的两性离子型聚丙烯酰胺离子单体含量有大幅度提高。所得两性离子型聚丙烯酰胺与交联剂构成的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层在水中可大量溶解，所得到的聚丙烯酰胺涂层水溶液具有良好的流动性。
2.本发明所述合成方法具有条件温和、简单易行、产率较高的特点。
3.本发明合成的两性离子型聚丙烯酰胺具有超低的残余单体含量。聚丙烯酰胺残余单体含量测量值≤0.5ppm。
4.按照本发明所述方法制备得到的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层与水的接触角测量值均≤10°，涂层在水下与油的接触角测量值均≥160°(Data-physics OCA20接触角测量仪)，该方法制作的涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为实施例1制备的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层与水形成的接触角图。
图2为实施例1制备的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层在水下与油形成的接触角图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
S1：在配有冷凝管、温度计、通氮气装置的250mL三口圆底烧瓶中，加入异丙醇100g、丙烯酰胺单体14.00g、二甲基二烯丙基氯化铵单体4.00g、丙烯酸钠单体2.00g，搅拌溶解，得第一混合物；向所述第一混合物中通入高纯氮气以除氧，20min后升温至60℃，然后向第一混合物中加入过硫酸铵固体0.025g和亚硫酸氢钠固体0.025g，60℃进行搅拌反应12h，得第二混合物；
S2：将所述第二混合物冷却，用减压抽滤装置对第二混合物进行减压过滤，将减压过滤后的固体产物溶解在50mL水中，待完全溶解后加入1000mL体积比为6:4的乙醇-丙酮的混合液进行重沉淀，以除去未反应的单体，重复以上溶解-沉淀-过滤过程三次，然后将沉淀物置于60℃真空烘箱内干燥24h；干燥后得两性离子型聚丙烯酰胺，将所述两性离子型聚丙烯酰胺保存在干燥密闭的容器中。
称量所述两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为91.3％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的13.7％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的8.3％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺分子量约为1.12×105；利用岛津液相色谱仪(LC-20A/SPD-20AV)检测聚合物中残余丙烯酰胺单体含量，测量值≤0.5ppm。
S3：将所述两性离子型聚丙烯酰胺加入到水中，得质量分数为20％的两性离子型聚丙烯酰胺水溶液；向两性离子型聚丙烯酰胺水溶液中加入质量分数为4％(以两性离子型聚丙烯酰胺固体总量为标准)的戊二醛交联剂，调节pH值至3，得第三混合物；
S4:将所述第三混合物滴于放置在台式匀胶机(KW-4A型)的底片上，以1500r/min转速进行涂覆30s后放入50℃真空烘箱中进行交联反应3h，得聚丙烯酰胺涂层的粗产品；将所述聚丙烯酰胺涂层的粗产品放入浓度为0.1mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，然后取出涂层，用水清洗，用高纯氮气吹干得具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，保存于干燥密闭容器内。
利用Data-physics OCA20接触角测量仪测量所制备的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层与水的静态接触角以及在水下与油的接触角。在室温下，将涂层置于Data-physics OCA20接触角测量仪的工作台上，将液体注射于涂层之上，体积设定为2μL。其中，测量涂层与水的接触角使用普通工作台，液体为水；测量涂层在水下与油的接触角使用水箱工作台，液体为1,2-二氯乙烷。在液滴与涂层接触的同时，抓拍实时图像，使用软件SCA20处理图像并计算涂层与液滴形成的接触角值。将涂层样品选取5个不同位置进行测量，取其平均值。
测得涂层与水静态接触角为8.4°(如图1)；涂层在水下与油的静态接触角为161.3°(如图2)。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例2-10用于说明聚合条件对两性离子型聚丙烯酰胺分子量的影响。
实施例2
将实施例1中二甲基二烯丙基氯化铵单体换成甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵4.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.1％，利用H1-NMR核磁共振数据测得其阳离子单体(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的11.6％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的9.2％，按照GB 17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为1.35×105。
实施例3
将实施例1中丙烯酸钠单体换成2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠2.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.2％，利用H1-NMR核磁共振数据测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的13.6％，阴离子单体(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的6.3％，按照GB 17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为1.56×105。
实施例4
将实施例1中的丙烯酰胺单体、二甲基二烯丙基氯化铵单体和丙烯酸钠单体的质量分别调整为21.00g、6.00g、3.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.1％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的13.5％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的8.5％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为2.33×105。
实施例5
将实施例1中的丙烯酰胺单体、二甲基二烯丙基氯化铵单体和丙烯酸钠单体的质量分别调整为7.00g、2.00g、1.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为92.7％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的13.6％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总质量的8.4％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为8.7×104。
实施例6
将实施例1中丙烯酰胺单体、二甲基二烯丙基氯化铵单体和丙烯酸钠单体的质量分别调整为8.00g、2.00g、10.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.7％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的6.8％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的42.3％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为9.8×104。
实施例7
将丙烯酰胺单体、二甲基二烯丙基氯化铵单体和丙烯酸单体的质量分别调整为8.00g、10.00g、2.00g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.3％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的35.6％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的9.1％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为7.9×104。
实施例8
将实施例1的步骤S1的有机溶剂异丙醇换成N,N-二甲基甲酰胺100g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为93.3％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总重的14.1％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总质量的7.9％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为1.71×105。
实施例9
将实施例1中步骤S1的有机溶剂异丙醇调整为异丙醇90g、水10g，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为90.1％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的16.1％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的9.2％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为2.86×105。
实施例10
将实施例1中的引发剂过硫酸铵与亚硫酸氢钠换成偶氮二异丁腈(AIBN)0.05g，并将反应温度调整为50℃，以与实施例1相同的方式制备两性离子型聚丙烯酰胺，称量S2步骤中得到两性离子型聚丙烯酰胺总重，其产率约为91.2％，利用H1-NMR核磁共振图谱测得其阳离子单体(二甲基二烯丙基氯化铵)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的14.1％，阴离子单体(丙烯酸钠)占两性离子型聚丙烯酰胺总量的8.9％，按照GB17514-2008方法测量两性离子型聚丙烯酰胺粘均分子量约为1.07×105。
实施例11-23用于说明涂层制作条件对涂层亲水性能的影响。
实施例11
将实施例1中两性离子型聚丙烯酰胺水溶液质量分数调整为40％，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physicsOCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为9.4°，涂层在水下与油的静态接触角为160.4°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例12
将实施例1中两性离子型聚丙烯酰胺水溶液质量分数调整为10％，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physicsOCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为8.7°，涂层在水下与油的静态接触角为161.0°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例13
将实施例1中戊二醛的质量分数调整为0.1％，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为7.2°，涂层在水下与油的静态接触角为163.5°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例14
将实施例1中戊二醛的质量分数调整为10％，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为10.0°，涂层在水下与油的静态接触角为160.1°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例15
将实施例1中戊二醛改为质量分数为1％的乙二醛，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为9.1°，涂层在水下与油的静态接触角为161.1°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例16
将实施例1的步骤S4中交联反应的真空烘箱温度调整为40℃，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physicsOCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为8.8°，涂层在水下与油的静态接触角为160.9°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例17
将实施例1步骤S4中交联反应的真空烘箱温度调整为80℃，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physicsOCA-20接触角测量仪测量所制作的涂层与水的静态接触角为9.2°，涂层在水下与油的静态接触角为161.1°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例18
将实施例1中氢氧化钠水溶液浓度调整为0.01mol/L，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为9.8°，涂层在水下与油的静态接触角为160.3°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例19
将实施例1中氢氧化钠水溶液浓度调整为1mol/L，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制备的涂层与水的静态接触角为7.7°，涂层在水下与油的静态接触角为163.9°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例20
将实施例1中氢氧化钠水溶液浸泡时间调整为0.5h，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制作的涂层与水的静态接触角为9.7°，涂层在水下与油的静态接触角为160.4°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例21
将实施例1中氢氧化钠水溶液浸泡时间调整为3h，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制作的涂层与水的静态接触角为7.5°，涂层在水下与油的静态接触角为164.1°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例22
将实施例1中氢氧化钠溶液改为0.1mol/L的氢氧化钾溶液，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制作的涂层与水的静态接触角为8.5°，涂层在水下与油的静态接触角为161.6°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
实施例23
将实施例1中氢氧化钠溶液改为0.1mol/L的碳酸钠溶液，以与实施例1相同的方式制备具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，利用Data-physics OCA-20接触角测量仪测量所制作的涂层与水的静态接触角为9.3°，涂层在水下与油的静态接触角为160.8°。该涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层，其特征在于，所述聚丙烯酰胺涂层与水的接触角≤10°，所述聚丙烯酰胺涂层在水下与油的接触角≥160°，所述聚丙烯酰胺涂层是由两性离子型聚丙烯酰胺和交联剂发生交联反应而得到的。
2.一种如权利要求1所述的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：向有机溶剂中加入丙烯酰胺单体、阳离子单体、阴离子单体和水，搅拌溶解，得第一混合物；向所述第一混合物中通入氮气，在10～30min将所述第一混合物升温至40～70℃，然后在氮气保护下加入引发剂进行搅拌反应，得第二混合物；
S2：将所述第二混合物进行减压过滤，向减压过滤后的固体产物中多次加入水和有机溶剂进行重沉淀，然后将沉淀物于真空烘箱进行干燥得两性离子型聚丙烯酰胺；
S3：将所述两性离子型聚丙烯酰胺加入到水中，得质量分数为5～40％的两性离子型聚丙烯酰胺水溶液；向所述两性离子型聚丙烯酰胺水溶液中加入交联剂，调节pH值为2～5，得第三混合物；
S4：将所述第三混合物以涂布的方法涂于固体基底上，涂布后放入40℃～80℃的烘箱中进行交联反应，得聚丙烯酰胺涂层的粗产品；将所述聚丙烯酰胺涂层的粗产品于碱溶液中浸泡0.5～3h，然后取出涂层，用水清洗，吹干得具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、对-乙烯基苄基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺-β-羟丙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺基(2-甲基丁基)三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵；优选地，所述阳离子单体用量是单体总量的5～80％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述阴离子单体为丙烯酸及其钠盐、钾盐或铵盐，甲基丙烯酸及其钠盐、钾盐或铵盐，马来酸及其钠盐、钾盐或铵盐，衣康酸及其钠盐、钾盐或铵盐，3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸及其钠盐、钾盐或铵盐，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其钠盐、钾盐或铵盐；优选地，所述阴离子单体用量是单体总量的5～80％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮类引发剂、无机过氧化物或有机过氧化物类引发剂；优选地，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二丁酸二异丁酯或偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或多种；所述无机过氧化物或有机过氧化物类引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰中的一种或多种；更优选地，所述引发剂的用量是单体总量的0.001～1％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述丙烯酰胺单体用量是单体总量的15～90％；所述搅拌反应的时间为12～24h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、丁酮或环己酮中的一种或多种。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述交联剂为铬盐、硼盐、钛盐、铽盐、甲醛、乙二醛、戊二醛、对苯二甲醛或邻苯二甲醛；优选地，所述交联剂用量是两性离子型聚丙烯酰胺总量的0.01～10％。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述交联反应的时间为2～5h。
11.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾水溶液；优选地，所述碱溶液的浓度为0.01～1mol/L。
12.一种如权利要求1所述的具有超亲水性能的聚丙烯酰胺涂层的用途，其特征在于，所述聚丙烯酰胺涂层可用于制作防雾涂层或输油管道减阻涂层。
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