CN108250970B - 一种环境友好型超疏水表面的制备方法 - Google Patents

一种环境友好型超疏水表面的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超疏水表面的制备方法。该制备方法包括如下步骤：式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子通过静电作用力吸附在带负电荷基底的表面，得到所述超疏水表面；式Ⅰ中，n为12～16之间的任意自然数。本发明通过两亲树枝状大分子在基底表面构筑吸附层结构，以及无机盐的加入进一步增加了吸附层吸附量和厚度，增强了吸附层和基底之间的结合力，从而在各种基底上制得具有良好机械性能与化学性能的超疏水表面；两亲树枝状大分子因为自身带有正电荷，易于在负电荷基底上发生吸附，其疏水链朝向表面外侧，使得表面具有很好的疏水性能；外加无机盐可以通过静电屏蔽来增强吸附层和表面之间的结合力；属于环境友好型疏水表面材料。

Description

一种环境友好型超疏水表面的制备方法
技术领域
本发明属于超疏水表面制备领域，尤其涉及一种环境友好型超疏水表面的制备方法。
背景技术
超疏水技术是一种具有特殊表面性质的新型技术，具有防水、防雾、防雪、防污染、防腐蚀、自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域有极为广泛的应用前景。目前制备超疏水表面的主要通过模板法、压印法等改变基底的微观结构，但是该方法制备成本昂贵，工艺复杂，不利于工业生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境友好型超疏水表面的制备方法，该方法操作简单，成本低，适合大规模应用。
本发明提供的一种超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子通过静电作用力吸附在带负电荷基底的表面，得到所述超疏水表面；
式Ⅰ中，X为溴、氯或碘；n为12～16之间的任意自然数。
上述的制备方法中，式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子具体可为式Ⅰ-A所示两亲性树枝状大分子(n＝12)；
式Ⅰ-A中，X为溴、氯或碘。
在本发明的实施例中，式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子具体为式Ⅰ-B所示两亲性树枝状大分子；
上述的制备方法中，所述带负电荷基底可为玻璃或金属。所述金属可为金、银、铁、铜或铝。
上述的制备方法中，所述方法的具体步骤可如下：将所述带负电荷的基底浸泡在溶液中，取出干燥，得到所述超疏水表面；所述溶液包括式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子和水。
上述的制备方法中，所述溶液中，式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子的质量体积浓度可为0.01～0.1g/mL，具体可为0.03～0.1g/mL、0.03g/mL或0.1g/mL。
上述的制备方法中，所述浸泡的温度可为15～30℃，具体可为25℃；时间可为30～120分钟，具体可为30分钟或120分钟。
上述的制备方法中，所述溶液还可包括无机盐；所述溶液可由所述式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子、无机盐和水组成。
上述的制备方法中，所述无机盐可为氯化钠、氯化钾或溴化钠。
上述的制备方法中，所述溶液中，所述无机盐的质量体积浓度可为0.005～0.01g/mL，具体可为0.005g/mL。
所述干燥可为自然晾干。
本发明进一步提供了上述的制备方法制备得到的超疏水表面。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过两亲树枝状大分子在基底表面构筑吸附层结构，以及无机盐的加入进一步增加了吸附层吸附量和厚度，增强了吸附层和基底之间的结合力，从而在各种基底上制得具有良好机械性能与化学性能的超疏水表面。两亲树枝状大分子因为自身带有正电荷，易于在负电荷基底上发生吸附，其疏水链朝向表面外侧，使得表面具有很好的疏水性能。外加无机盐可以通过静电屏蔽来增强吸附层和表面之间的结合力。本发明属于环境友好型疏水表面材料。
附图说明
图1为本发明实施中式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子的1H NMR谱图。
图2是本发明实施1制得的超疏水表面的红外谱图。
图3是本发明实施例1的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图4是本发明实施例1的超疏水表面的水的静态接触角。
图5是本发明实施例2的超疏水表面的水的静态接触角。
图6是本发明实施例2的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图7是本发明实施例3的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图8为本发明实施例3的超疏水表面的水的静态接触角。
图9是本发明实施例4的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图10为本发明实施例4的超疏水表面的水的静态接触角。
图11是本发明实施例5的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图12为本发明实施例5的超疏水表面的水的静态接触角。
图13是本发明实施例6的超疏水表面的原子力显微镜图像。
图14为本发明实施例6的超疏水表面的水的静态接触角。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子通过如下步骤制备得到：
(1)1.5G PAMAM的合成
将8.0g的1.0g PAMAM(购自Alfa试剂公司)溶于50ml无水甲醇，搅拌，充氮气，10min后缓慢加入23.0g丙烯酸甲酯，加热至35℃反应。TLC监测反应，48h后补加21.0g丙烯酸甲酯，继续反应48h，停止反应。
(2)2.0G PAMAM的叔胺衍生物合成
将30.0g(0.025mol)的1.5G PAMAM溶于甲醇中，加入24.6g(0.28mol)N，N-二甲基乙二胺，搅拌，加热至40℃反应。TLC监测反应，5天后TLC及ESI-MS显示反应液中无1.5GPAMAM及接枝不完全产物，停止反应。
(3)式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子的合成
将14.76g 2.0G PAMAM叔胺衍生物溶于50ml乙醇中，加入13.7g溴代十二烷，搅拌加热至50℃反应。72h后停止反应，减压蒸去部分溶剂，用丙酮/乙醇重结晶，得到淡黄色油状物。用氧化铝柱层析，二氯甲烷/甲醇＝50:1洗脱，分离纯化，得到淡黄色固体。
G3QPAMC12:1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.72(d,J＝60.5Hz,16H),8.09(s,8H),7.93(s,4H),3.59(d,J＝111.3Hz,120H),3.31(d,J＝38.3Hz,96H),2.75(s,56H),2.62–2.21(m,80H),1.74(s,36H),1.28(d,J＝41.4Hz,288H),0.86(t,J＝6.6Hz,48H).
G3QPAMC12 1H NMR谱图如图1所示。
实施例1、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将3g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子与0.5g的氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子水溶液；将基底玻璃板浸泡在该水溶液中，浸泡时间为半小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。
如图2所示，本实施例制得的超疏水表面的红外谱图中烷烃基的峰较为明显，表明玻璃板基底已经被吸附层所覆盖。如图3所示，吸附层表面呈现粗糙度较大的微纳米结构。如图4所示，水的静态接触角为161.2°，表明表面具有良好的超疏水性能。
实施例2、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将3g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子和0.5g氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子水溶液；将基底玻璃板浸泡在该水溶液中，浸泡时间为半小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。
将该实施例制备的超疏水表面在酸碱溶液中浸泡24h后所具备的疏水性能如图5所示，超疏水表面在浸泡24h之后仍然保持良好的疏水性能，水接触角保持在150°以上。如图6所示，吸附层结构仍然保持完好。
实施例3、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将3g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子和0.5g氯化钠溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子水溶液；将金片浸泡在该水溶液中，浸泡时间为半小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。
本实施例制得的超疏水表面的微纳米结构如图7所示，水的接触角在162°左右，如图8所示，表明该表面具有很好的疏水性能。
实施例4、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将3g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子水溶液；将金片浸泡在该水溶液中，浸泡时间为半小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。
本实施例制得的超疏水表面的微纳结构如图9所示，水的接触角在163°左右，如图10所示，表明该表面具有很好的疏水性能。
实施例5、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将10g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子溶液；将金片浸泡在该水溶液中，浸泡时间为半小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。本实施例制得的超疏水表面如图11所示，形成了粗糙度更大的微纳结构。水的接触角在168°左右，如图12所示，表明高浓度溶液制备的疏水表面具有更好的超疏水性能。
实施例6、制备超疏水表面
按照如下制备超疏水表面：
室温下(25℃)，将10g式Ⅰ-B所示两亲树枝状大分子溶解在100mL水中，搅拌溶解，制得两亲树枝状大分子溶液；将金片浸泡在该水溶液中，浸泡时间为2小时，取出，自然晾干，制得超疏水表面。本实施例制得的超疏水表面的微纳结构如图13所示。水的接触角在171°左右，如图14所示，表明表面具有很好的超疏水性能。

Claims (10)

1.一种超疏水表面的制备方法，包括如下步骤：式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子通过静电作用力吸附在带负电荷基底的表面，得到所述超疏水表面；
式Ⅰ中，X为溴、氯或碘；n为12～16之间的任意自然数。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子为式Ⅰ-A所示两亲性树枝状大分子；
式Ⅰ-A中，X为溴、氯或碘。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述带负电荷基底为玻璃或金属。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：将所述带负电荷的基底浸泡在溶液中，取出干燥，得到所述超疏水表面；所述溶液包括式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子和水。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述溶液中，式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子的质量体积浓度为0.01～0.1g/mL。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述浸泡的温度为15～30℃，时间为30～120分钟。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述溶液还包括无机盐；所述溶液由所述式Ⅰ所示两亲性树枝状大分子、无机盐和水组成。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述无机盐为氯化钠、氯化钾或溴化钠。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述溶液中，所述无机盐的质量体积浓度为0.005～0.01g/mL。
10.权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的超疏水表面。
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