CN110052385A - 通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法 - Google Patents

通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超滑材料制备领域，特别涉及通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法。本发明包括纳米氧化锌棒的制备，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的嫁接等步骤。固定润滑层的超滑表面不仅在室温下表现出优异的全疏性，而且对于热水和热油酸等高温液体仍具有优异的滑动性。而且固定润滑层的超滑表面具有极好的耐腐蚀性，防结冰性和防污性。因此，基于优异的沸水/热液体排斥性和润滑层长期稳定性，固定润滑层的超滑表面可以大规模推广。

Description

通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面 的方法
技术领域
本发明属于超滑材料制备的技术领域，特别涉及耐沸水、耐热液、抗高温、抗物理化学破坏的超滑涂层的制备方法。
背景技术
从猪笼草植物中汲取灵感，该植物由亲水成分和微观粗糙结构组成，可以储存水以形成用于捕获昆虫的润滑水膜。为了模仿这种现象，许多研究人员制造了“液体注入”的超滑表面来实现对不同液体的全疏性，这是通过将润滑剂注入多孔膜(包括纳米形貌和低表面能)以形成稳定且惰性的超滑界面而制成的。由于润滑剂的存在，超滑表面拥有排斥水和排斥具有低表面张力的液体的能力。
通过在紫外光照射下，将聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上制备了新型的固定润滑层的稳定超滑表面，并且残留的未嫁接的硅油用作润滑剂。由于硅油和嫁接的聚二甲基硅氧烷之间的强分子间作用力，润滑剂牢固地锁定在氧化锌表面上，形成生物相容的超滑表面。固定润滑层的超滑表面不仅在室温下表现出优异的全疏性，而且对于热水和热油酸等高温液体仍具有优异的滑动性。经过15 分钟的沸腾和高温试验，由于存在均匀的润滑层，液体仍然在倾斜角度小于4°的表面上滑动。此外，在高剪切速率(高达7000rpm)，长期浸泡在水里400h和强酸/强碱等极端操作条件下，固定润滑层的超滑表面具有出色的滑动稳定性。而且固定润滑层的超滑表面具有极好的耐腐蚀性，防结冰性和防污性。因此，基于优异的沸水/热液体排斥性和润滑层长期稳定性，固定润滑层的超滑表面可以大规模推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产的固定润滑层的超滑表面的方法，解决了超滑表面材料制备步骤繁杂，耐候性差，实用性低的问题。通过简单的方法制备了具有优异的排斥沸水/热液体、耐高温和在各种极端条件下润滑层长期存在的超滑表面，其有利于大规模推广和制备。
实现本发明目的的技术方案是：通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于，步骤如下：
A.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片，首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗，然后将洗涤后的锌片放在真空干燥；其次，将干燥的Zn基底浸入具有体积分数分别为2％，5％，8％的甲酰胺溶液中20-24小时；第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥；
B.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面；浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液的样品所得到的固定润滑层表面，分别称为样品-1，样品-2，样品-3。
进一步的，在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
进一步的，锌片浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液并放在60℃-65℃环境下刻蚀。
进一步的，锌片浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液并放在60℃-65℃环境下刻蚀后，氧化锌纳米棒的密度不一样。
进一步的，聚二甲基硅氧烷是三甲基硅氧烷封端。
进一步的，多余的没有嫁接的聚二甲基硅氧烷作为润滑层。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.工艺简单，原料易得，成本低廉,无毒无害；
2.制备的固定润滑层超滑表面具有全疏性；
3.制备的超滑表面具有良好的抗煮沸，抗热液，抗高温性；
4.制备的超滑表面滑动角小于2°，接触角87°。
5.该超滑表面可以抵抗高的剪切应力，长期浸泡，耐强酸强碱，抗污性。
附图说明
图1：实施例1所得超滑表面在不同浓度下锌片刻蚀后的电镜图和聚二甲基硅氧烷嫁接原理，其中图a聚二甲基硅氧烷嫁接原理，图b c d分别为样品一、二、三在30000倍下的电镜图；
图2：实施例2所得在不同刻蚀浓度下超滑表面的油和水的接触角、滑动角、滑动速度，在不同体积下的滑动速度，其中图a是5ul水在样品一5°倾斜表面下的滑动照片，b是油和水的接触角滑动角，其中WCA、OSA为水和油的接触角， WSA、OSA为水和油的滑动角，c是不同体积水和油的在5°倾斜表面下滑动速度，d是5ul水和油的滑动速度。通过比较三个样品的滑动速度，可以看出样品 1的滑动速度最快。
图3：实施例3所得超滑表面抗热水和耐高温，其中图a是抗热水和耐高温的简易图，b是耐沸水和抗高温后的接触角和滑动角变化，c是耐沸水和抗高温后的滑动速度变化；
图4：实施例4所得超滑表面的耐候性测试，其中图a是高速剪切应力下的示意图，b是不同转速下油和水的接触角和滑动角，c是不同pH下的水的接触角和滑动角，d是长期浸泡下水的接触角和滑动角；
图5：实施例5所得超滑表面的抗结冰试验，其中图a是初始锌片、样品1/2/3 的结冰过程，b是初始锌片、样品1/2/3的结冰时间；
图6：实施例6所得超滑表面的抗污试验。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入具有不同体积分数(2％，5％，8％)的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液的样品所得到的固定润滑层表面，分别称为样品-1，样品-2，样品-3。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.超滑锌片的制备过程如图1a，得到了三种不同密度的氧化锌纳米棒的样品。
实施例2
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入具有不同体积分数(2％，5％，8％)的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液的样品所得到的固定润滑层表面，分别称为样品-1，样品-2，样品-3。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.滑动能力的实验：样品1、2、3在不同刻蚀浓度下超滑表面的油和水的接触角、滑动角、滑动速度，在不同体积下的滑动速度。其中样品一的滑动能力最好。
实施例3
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入5％的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.耐沸水高温测试：将样品一放在120℃的高温烘箱和沸水中测试，其滑动能力依然很好。
实施例4
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入5％的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.耐化学腐蚀和高剪切应力测试：将样品一放在水中浸泡，用PH1-14的水去腐蚀样品1，在1000-7000的转速下测试储油能力。可见耐化学能力和机械破坏的能力很好。
实施例5
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入具有不同体积分数(2％，5％，8％)的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液的样品所得到的固定润滑层表面，分别称为样品-1，样品-2，样品-3。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.抗结冰试验：样品1/2/3在-10摄氏度下，可以大大的延长结冰时间。
实施例6
1.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片。首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗。然后在将洗涤后的锌片放在真空干燥。其次，将干燥的Zn基底浸入5％的甲酰胺溶液中20-24小时。第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥。
2.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷 (PDMS)的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面。
3.在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
4.抗污试验：样品一在咖啡，番茄酱，牛奶，绿茶，蜂蜜下一样干净。
本发明包括纳米氧化锌棒的制备，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的嫁接等步骤。固定润滑层的超滑表面不仅在室温下表现出优异的全疏性，而且对于热水和热油酸等高温液体仍具有优异的滑动性。经过15分钟的沸腾和高温试验，由于存在均匀的润滑层，液体仍然在倾斜角度小于4°的表面上滑动。此外，在高剪切速率(高达7000rpm)，长期浸泡在水里400h和强酸/强碱等极端操作条件下，固定润滑层的超滑表面具有出色的滑动稳定性。而且固定润滑层的超滑表面具有极好的耐腐蚀性，防结冰性和防污性。因此，基于优异的沸水/热液体排斥性和润滑层长期稳定性，固定润滑层的超滑表面可以大规模推广。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于，步骤如下：
A.ZnO纳米棒的制备：将锌板切成大小相同的锌片，首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子冲洗，然后将洗涤后的锌片放在真空干燥；其次，将干燥的Zn基底浸入具有体积分数分别为2％，5％，8％的甲酰胺溶液中20-24小时；第三步，用乙醇洗涤蚀刻的锌基底并真空干燥；
B.固定润滑层超滑表面的制备：用UV光照射覆盖有均匀聚二甲基硅氧烷的锌基底20分钟，形成了润滑剂固定的表面；浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液的样品所得到的固定润滑层表面，分别称为样品-1，样品-2，样品-3。
2.如权利要求1所述的通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于：在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键结合。
3.如权利要求1所述的通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于：锌片浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液并放在60℃-65℃环境下刻蚀。
4.如权利要求1所述的通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于：锌片浸入含有2％，5％，8％甲酰胺溶液并放在60℃-65℃环境下刻蚀后，氧化锌纳米棒的密度不一样。
5.如权利要求1所述的通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于：聚二甲基硅氧烷是三甲基硅氧烷封端。
6.如权利要求1所述的通过嫁接聚二甲基硅氧烷刷制备固定润滑层的稳定超滑表面的方法，其特征在于：多余的没有嫁接的聚二甲基硅氧烷作为润滑层。
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