CN109627946A - 一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防治海洋生物污损的方法，具体的说是一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法。利用氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT‑PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)在润滑油的存在下形成仿生超滑表面。该仿生超滑表面通过基底中脲基之间氢键的断裂和重建实现室温下基底材料的自修复，且该仿生超滑表面能够有效抑制细菌在表面的附着，因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力。本发明不需要昂贵的设备，节约能源，具有实际应用价值。

Description

一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法
技术领域
本发明涉及防治海洋生物污损的方法，具体的说是一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法。
背景技术
近年来，受猪笼草启发，科学家们成功研发了具有润滑作用的液体浇注多孔表面，即仿生超滑表面。多孔表面通过毛细作用可以固定多种润滑剂而具有较高的润滑性，液滴在这种表面上能轻易地滑落，在防霜抗冰、防污防腐、材料表面减阻等方面有很重要的应用价值。如CN103966641A中公开了利用人工仿猪笼草超滑表面防止金属大气腐蚀的方法。
但在实际应用中，仿生超滑表面存在润滑层易被破坏、基体机械性能稳定性差等缺陷，制约了其发展。对于传统的仿生超滑表面来说，当润滑油膜在较轻微地程度下被破坏，润滑油膜可以通过其自身的流动性完成超滑性能的恢复；但当其遭受较重程度的破坏时，仅靠油膜的流动不能够平铺整个表面使其平整无损，此时，超滑表面的超滑性能就会受到严重影响。因此，制备具有油膜自修复及基底自修复性能的仿生超滑表面，即为解决以上问题的关键。
目前国内外研究者为解决以上问题提出的方案中，尽管实现了油膜自修复的目的，但他们的方法均需要加热、加压等外界条件的刺激，且制备过程较为复杂。基于此，本研究提出一种室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，利用氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT-PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)在润滑油的存在下形成仿生超滑表面。
具体为：
1)反应试剂和溶剂的预处理：在真空的条件下保持120-140℃并伴随回流操作对APT-PDMS进行减压干燥，同时，在70-80℃并伴随回流操作对THF进行蒸馏；
2)PDMS-PUa聚合物的制备：将上述获得IPDI溶解在THF溶剂中，再加入运动粘度为350cst的硅油，将上述获得APT-PDMS溶于THF溶剂中而后搅拌条件下缓慢加入上述混合物中，而后在氮气环境下继续搅拌，整个反应以傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测反应进行程度；其中，上述获得IPDI与THF溶剂的质量比为1:4-1:5，上述获得APT-PDMS与THF溶剂的质量比为1:8-1:9；
3)PDMS-PUa基仿生超滑表面的制备：将反应得到的产物常温固化48-50h即得仿生超滑表面。
所述步骤2)中溶于THF溶剂中的APT-PDMS搅拌条件下滴加至混合物中，滴加过程持续1-2h，而后在氮气环境下继续搅拌3-4h，整个反应以傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测，当2260cm-1处异氰酸根的吸收峰完全消失，证明反应结束。
所述氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT-PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)之间的质量比为4:1-6:1；润滑油的添加量与IPDI质量比为6:1-8:1。
一种室温下具有自修复性能的仿生超滑表面，按所述方法制备获得室温下具有自修复性能的仿生超滑表面。
一种室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的应用，所述仿生超滑表面在防治海洋生物污损领域中的应用。
本发明所具有的优点：
本发明仿生超滑表面通过基底中脲基之间氢键的断裂和重建实现室温下基底材料的自修复，使得该仿生超滑表面具有优异的超滑性能和室温下自修复性能，因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力。
附图说明
图1为液滴在仿生超滑表面的动态润湿性图,仿生超滑表面的倾斜角小于10°。
图2为仿生超滑表面自修复示意图(比例尺＝1cm)，A仿生超滑表面被切成两段，B仿生超滑表面在室温下实现自修复，经过自修复后的仿生超滑表面可以承受拉力(砝码质量＝500g)。
图3基底自修复后液滴在仿生超滑表面上的动态润湿性图，仿生超滑表面的倾斜角小于10°。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
本发明利用PDMS-PUa基底中脲基之间氢键的断裂和重建实现室温下基底的自修复，制备得到室温下具有自修复性能的超滑表面，且该仿生超滑表面能够有效抑制细菌在表面的附着，因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力；为进一步促进仿生超滑表面在防治海洋生物污损中的实际应用提供了一种方法。
具体为，利用氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT-PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应，通过在反应体系中混合润滑油(硅油，350cst)制备仿生超滑表面。该仿生超滑表面通过基底中脲基之间氢键的断裂和重建实现室温下基底材料的自修复，且该仿生超滑表面能够有效抑制细菌在表面的附着，因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力。本发明不需要昂贵的设备，节约能源，具有实际应用价值。
实施例1
1)反应试剂和溶剂的预处理：首先在抽真空的条件下保持120℃并伴随回流操作对APT-PDMS进行减压干燥，除去其中的水分以及低沸物，在75℃下对THF进行蒸馏操作，除去其中的水分；
2)PDMS-PUa聚合物的制备：将2.2284g(0.01mol)IPDI溶解在12ml THF溶剂中，随后导入三孔烧瓶(插入冷凝管、滴液漏斗以及通氮气装置，并放入磁子)底部，加入15g运动粘度为350cst的硅油。将10.00g APT-PDMS溶于100ml THF溶剂中，将其加入滴液漏斗，逐滴加入到圆底烧瓶中，该过程持续1h。随后，混合物在氮气环境下继续搅拌3h，整个反应以傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测反应进行程度，傅里叶变换红外光谱(FTIR)中2260cm-1处异氰酸根的吸收峰完全消失，证明反应结束；
3)PDMS-PUa基仿生超滑表面的制备：将反应得到的产物倒入模具，放入真空干燥箱中，常温固化48h。
通过接触角测量仪测定水滴在倾斜超滑表面的滑动性，具体为：将水滴滴在倾斜角度小于10°的仿生超滑表面上，然后用接触角测量仪记录水滴在表面滑动一段时间后的距离。
由图1可以看出液滴在120s内可以在其表面滑动一段距离，表明水滴可以在界面轻易稳定地滑动，因此界面具有优异的超滑性能。
通过测试切开后重新结合的超滑表面承受最大拉力的能力来表征超滑表面的自修复效果，具体为：将仿生超滑表面切成两段，随后将其放在一起，在不施加外力的情况下使仿生超滑表面在室温下进行自修复。
由图2可以看出该仿生超滑表面在断裂后，在室温下经过48h的修复时间后，结合的超滑表面可以承受质量为500g的重物且不发生形变，这说明超滑表面在室温下可以实现自修复。
通过接触角测量仪测定水滴在基底自修复后的仿生超滑表面上的滑动性，具体为：将水滴滴在倾斜角度小于10°的自修复后的仿生超滑表面，然后用接触角测量仪记录液滴在表面滑动一段时间后的距离。
由图3可以看出液滴在120s内仍然可以在其表面滑动一段距离，说明自修复后的超滑表面仍旧保持优异的超滑性能。
本实施例证实利用PDMS-PUa基底中脲基之间氢键的断裂和重建实现室温下基底材料的自修复，修复后的超滑表面可以承受一定重量的重物，且修复前后该仿生超滑表面都保持优异的超滑性能。因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力。

Claims (6)

1.一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：利用氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT-PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)在润滑油的存在下形成仿生超滑表面。
2.按权利要求1所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：
1)反应试剂和溶剂的预处理：在真空的条件下保持120-140℃并伴随回流操作对APT-PDMS进行减压干燥，同时，在70-80℃并伴随回流操作对THF进行蒸馏；
2)PDMS-PUa聚合物的制备：将上述获得IPDI溶解在THF溶剂中，再加入运动粘度为350cst的硅油，将上述获得APT-PDMS溶于THF溶剂中而后搅拌条件下缓慢加入上述混合物中，而后在氮气环境下继续搅拌，整个反应以傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测反应进行程度；其中，上述获得IPDI与THF溶剂的质量比为1:4-1:5，上述获得APT-PDMS与THF溶剂的质量比为1:8-1:9；
3)PDMS-PUa基仿生超滑表面的制备：将反应得到的产物常温固化48-50h即得仿生超滑表面。
3.按权利要求2所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中溶于THF溶剂中的APT-PDMS搅拌条件下滴加至混合物中，滴加过程持续1-2h，而后在氮气环境下继续搅拌3-4h，整个反应以傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测，当2260cm-1处异氰酸根的吸收峰完全消失，证明反应结束。
4.按权利要求2所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的制备方法，其特征在于：所述氨丙基封端聚二甲基硅氧烷(APT-PDMS)与异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)之间的质量比为4:1-6:1；润滑油的添加量与IPDI质量比为6:1-8:1。
5.一种权利要求1所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面，其特征在于，按权利要求1的方法制备获得室温下具有自修复性能的仿生超滑表面。
6.一种权利要求5所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的应用，其特征在于，所述仿生超滑表面在防治海洋生物污损领域中的应用。
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