CN109280482A - 一种具有超亲水性能的涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种具有超亲水性能的涂层材料，该具有超亲水性能为式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合。本发明还提供了上述具有超亲水性能的制备方法。本发明提供的涂层材料结构简单、制备工艺简单、成本低廉，纳米二氧化硅与聚丙烯酰胺和新的聚合物复合不仅提高了亲水性能，而且提高了稳定性。

Description

一种具有超亲水性能的涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种涂层材料，具体来说是一种具有超亲水性能的涂层材料及其制备方法。
背景技术
“自清洁”概念始于20世纪90年代，自清洁根据其原理的不同分为超疏水和超亲水两类，超疏水涂层为水接触角＞150°，滚动角＜10°的涂层，其自清洁原理主要通过表面水珠的滚动带走表面污染物实现自清洁效果；超亲水涂层则是水接触角＜5°，通过在表面形成水膜而带走表面污染物最终实现自清洁效果。
近些年，通过控制固体表面的润湿性而产生的超润湿表面受到了业界的关注，其中超亲水表面(表面水的接触角小于5°)由于其在自清洁和防雾等领域拥有巨大的潜在应用价值更是成为了研究热点。超亲水涂层因水的接触角接近于0°，小水滴与涂层接触时便迅速铺展开，形成均匀的水膜，不会影响产品的光学性能，同时水膜可起到阻挡、隔离污物的效果，可实现油、污物等的易清洁效果。
目前，研发超亲水涂层材料时，一种常见的设计思路是对涂层材料表面进行化学修饰，枝接大量的亲水性官能团，利用表面大量的亲水官团来达到超亲水效果。其中，磺酸基是一类稳定性良好的亲水官能团，可以枝接到二氧化硅纳米颗粒的表面来得到超亲水的纳米二氧化硅，进而制备超亲水涂层。总体来说，目前这些技术的超亲水涂层的自清洁、防雾效果及耐久性或制备条件尚不理想。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有超亲水性能的涂层材料及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种具有超亲水性能的涂层材料，该具有超亲水性能为式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；
其中，式(I)所示的聚合物的结构式为：
式中，n为500～2000之间的整数。
本发明还提供了上述具有超亲水性能的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在催化剂作用下反应8-12h，降温至300℃，即得式(I)所示的聚合物；
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物。
步骤(1)中，催化剂选自磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺中的一种或几种。
步骤(1)中，硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为(1～1.2)∶1。
步骤(2)中，聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(I)所示的聚合物的摩尔比为(1～1.2)：(0.4-0.6)∶1，其中，式(I)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
有益效果：本发明提供的涂层材料结构简单、制备工艺简单、成本低廉，纳米二氧化硅与聚丙烯酰胺和新的聚合物复合不仅提高了亲水性能，而且提高了稳定性。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
实施例1
具有超亲水性能的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在磷酸三苯酯作用下反应10h，降温至300℃，即得式(I)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.1∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1670。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(I)所示的聚合物的摩尔比为1.1：0.5∶1，其中，式(I)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角2°。
实施例2
具有超亲水性能的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在三乙胺作用下反应8h，降温至300℃，即得式(I)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1510。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(I)所示的聚合物的摩尔比为1：0.6∶1，其中，式(I)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角3°。
实施例3
具有超亲水性能的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在乙二胺作用下反应12h，降温至300℃，即得式(I)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.2∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1530。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(I)所示的聚合物的摩尔比为1.2：0.4∶1，其中，式(I)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角2°。

Claims (5)

1.一种具有超亲水性能的涂层材料，其特征在于：该具有超亲水性能为式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；
其中，式(I)所示的聚合物的结构式为：
式中，n为500～2000之间的整数。
2.权利要求1所述的一种具有超亲水性能的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在催化剂作用下反应8-12h，降温至300℃，即得式(I)所示的聚合物；
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(I)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物。
3.根据权利要求2所述的一种具有超亲水性能的涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，催化剂选自磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的一种具有超亲水性能的涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为(1～1.2)∶1。
5.根据权利要求2所述的一种具有超亲水性能的涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(I)所示的聚合物的摩尔比为(1～1.2)：(0.4-0.6)∶1，其中，式(I)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
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