CN110713789A - 一种吸附性多孔涂层材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附性多孔涂层材料及其制备方法和应用。所述多孔吸附涂层材料为将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇混匀，再在一定条件下混合搅拌后经凝胶、老化、超临界干燥制备得到。所述吸附性多孔涂层材料，具有良好的透光性、疏水性能和高比表面积的特点；将该吸附性多孔涂层材料涂覆在水下摄像设备光学镜片表面，再涂覆白油，两者共同形成透明防水润滑涂层，其水接触角可达100～140度，比表面积可达500～1100m2/g；通过使用本发明的吸附性多孔涂层材料，可以有效降低水下摄像设备与水中异物的摩擦导致的磨损，延长其使用寿命，同时不会影响摄影设备在水下的正常拍摄，具有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及透明润滑涂层技术领域，具体地，涉及一种吸附性多孔涂层材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前人类开发和利用海洋得到迅速地发展，所涉及的海洋工程日益增多。具有作业功能的水下设备得到了广泛的应用。水下机器人的作业任务主要靠所携带的水下机器人和专用水下摄像传感装置来完成。随着润滑理论和润滑材料的不断发展，吸附涂层对摄像设备的光学镜片的保护作用越来越重要。性能良好的涂层有助于减少设备磨损，还可以降低设备与水中异物的摩擦导致的磨损，延长设备使用寿命，提高生产效率。
专利CN 109825190 A公开了一种水下环境机器人轴关节防水润滑涂层，该涂层包括多孔海绵状吸附凝胶和润滑液两部分，可以在水下环境机器人轴关节形成防水润滑涂层，可有效减少润滑液在水环境中的流失，对轴关节能够起到短周期保护的作用。然而，所述涂层透光性差，涂覆水下环境摄像系统后虽然可以降低设备与水中异物的摩擦导致的磨损，但是却会造成摄像设备的光学镜片被遮挡，透光性大大降低，无法进行有效拍摄。因此亟需研发一种透光性好，且可以在水下有效工作，可以降低水下摄像设备与水中异物的摩擦导致的磨损的涂层材料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种吸附性多孔涂层材料，可用作水下环境机器人摄像设备的光学镜片保护涂层。在摄影设备下水前，通过临时喷灌喷涂一层含润滑剂涂层形成保护层，能够起到短周期保护的作用，而且形成的涂层透光性高，不会影响摄影设备在水下的正常拍摄。
本发明的另一目的在于提供所述吸附性多孔涂层材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述吸附性多孔涂层材料的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种吸附性多孔涂层材料，由以下体积份数的各组分制备而成：四乙氧基硅烷8～10份、甲基二甲氧基硅烷15～16份、十六烷基三甲氧基硅烷10～15份、异丙醇15～23份。
本发明通过选择特定比例和种类的硅源，从而得到具有优良的透光率、疏水性能和较高的比表面积的吸附性多孔涂层材料，其具有优良的疏水性能和较高的比表面积可以将透光率高的油润滑油牢牢吸附，共同形成的透明防水润滑涂层能够有效降低水下摄像设备与水中异物的摩擦导致的磨损，延长其使用寿命，同时不会影响摄影设备在水下的正常拍摄。
一种吸附性多孔涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按体积比(8～10):(15～16)：(10～15)：(15～23)混匀，于30～35℃搅拌混匀，得混合液；
S2.将步骤S1的混合液搅拌30min后用酸溶液调pH至3～5.5，再搅拌2h后用碱溶液调节pH至9～11，继续搅拌15min，将混合溶液倒入密闭容器，在室温下进行凝胶；
S3.在S2溶胶中加入醇溶剂进行老化，干燥后即得吸附性多孔涂层材料。
优选地，所述酸溶液为盐酸或醋酸。
优选地，所述碱溶液为氨水。
优选地，所述凝胶的温度为20～50℃，进行凝胶的时间为0.5～4h。
优选地，所述老化温度为20～50℃，老化时间为0.5～3天。
本发明还请求保护通过上述方法制备得到的吸附性多孔涂层材料，其吸收白油后具有良好的疏水性能，水接触角可达100～140度；高比表面积，其比表面积可达500～1100m2/g，而且对树脂或石英基底的吸附性好。
本发明还请求保护上述吸附性多孔涂层材料在制备水下摄像设备光学镜片透明防水润滑涂层中的应用。具体方法为将吸附性多孔涂层材料在水下摄像设备光学镜片的表面形成一层固定层，然后再向固定层中注射或在上涂覆白油，形成透明的防水润滑涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备得到了一种吸附性多孔涂层材料，具有良好的透光性、疏水性能和高比表面积的特点；将该吸附性多孔涂层材料涂覆在水下摄像设备光学镜片表面，再涂覆白油，两者共同形成透明防水润滑涂层，其水接触角可达100～140度，比表面积可达500～1100m2/g；通过使用本发明的吸附性多孔涂层材料，可以有效降低水下摄像设备与水中异物的摩擦导致的磨损，延长其使用寿命，同时不会影响摄影设备在水下的正常拍摄，具有较大的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
多孔吸附材料的制备步骤包括以下：
将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按照体积比10:15:10:23的比例在控制温度30℃下混合并搅拌均匀。搅拌30min后，添加盐酸(0.1mol/L)调节pH值为3。搅拌2h后，继续添加氨水(5mol/L)调节pH值为10。搅拌15min之后，将混合溶液倒入密闭容器。
样品形成后为防止醇挥发，表面开裂，需要加入一定量的异丙醇覆盖进行老化。总的老化时间为2天。
将老化得到的材料进行微波干燥，得到多孔吸附材料。最后通过用气相沉积法沉积一层二甲苯衍生物以提高材料的稳定性。
将水下环境机器人摄像设备下水前，在其光学镜片上喷灌喷涂一层上述的多孔吸附材料，再喷涂白油作为起到短效润滑和防护的作用，然后再浸入水环境，在浑浊区域能避免细小沙石对镜片摩损的过程。
实施例2
多孔吸附材料的制备步骤包括以下：
将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按照体积比8:15:13:20的比例在控制温度30℃下混合并搅拌均匀。搅拌30min后，添加醋酸(1mol/L)调节pH值为4。搅拌2h后，继续添加氨水(5mol/L)调节pH值为9。搅拌15min之后，将混合溶液倒入密闭容器，在室温下进行凝胶。
样品形成后，为防止异丙醇挥发，凝胶表面开裂，需要加入一定量的异丙醇覆盖进行老化。总的老化时间为3天。
将老化得到的湿凝胶进行微波干燥得到多孔状吸附材料。最后通过用气相沉积法沉积一层对二甲苯衍生物以提高材料的稳定性。
将水下环境机器人摄像设备下水前，在其光学镜片上喷灌喷涂一层上述的多孔吸附材料，再喷涂白油作为起到短效润滑和防护的作用，然后再浸入水环境，在浑浊区域能避免细小沙石对镜片摩损的过程。
实施例3
多孔吸附材料的制备步骤包括以下：
将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按照体积比9:16:15:15的比例在控制温度30℃下混合并搅拌均匀。搅拌30min后，添加醋酸(1mol/L)调节pH值为5。搅拌2h后，继续添加氨水(5mol/L)调节pH值为10。搅拌15min之后，将混合溶液倒入密闭容器，在室温下进行凝胶。
样品形成后，为防止异丙醇挥发，表面开裂，需要加入一定量的异丙醇覆盖进行老化。总的老化时间为3天。
将老化得到的湿凝胶进行微波干燥得到多孔吸附材料。最后通过用气相沉积法沉积一层二甲苯衍生物以提高材料的稳定性。
将水下环境机器人摄像设备下水前，在其光学镜片上喷灌喷涂一层上述的多孔吸附材料，再喷涂白油作为起到短效润滑和防护的作用，然后再浸入水环境，在浑浊区域能避免细小沙石对镜片摩损的过程。
实施例4
多孔吸附材料的制备步骤包括以下：
将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按照体积比10:15:14:22的比例在控制温度35℃下混合并搅拌均匀。搅拌30min后，添加醋酸(1mol/L)调节pH值为5.5。搅拌2h后，继续添加氨水(5mol/L)调节pH值为11。搅拌15min之后，将混合溶液倒入密闭容器，在室温下进行凝胶。
样品形成后，为防止异丙醇醇挥发，凝胶表面开裂，需要加入一定量的异丙醇醇覆盖进行老化。总的老化时间为1天。
将老化得到的湿凝胶进行微波干燥得到多孔吸附材料。最后通过用气相沉积法沉积一层二甲苯衍生物以提高材料的稳定性。
将水下环境机器人摄像设备下水前，在其光学镜片上喷灌喷涂一层上述的多孔吸附材料，再喷涂白油作为起到短效润滑和防护的作用，然后再浸入水环境，在浑浊区域能避免细小沙石对镜片摩损的过程。
对比例1
多孔吸附材料的制备，与实施例1基本相同，不同之处在于，硅源中不含有十六烷基三甲氧基硅烷。
对比例2
多孔吸附材料的制备，与实施例1基本相同，不同之处在于，将二甲基二甲氧基硅烷替换为三甲基甲氧基硅烷。
对比例3
孔吸附材料的制备，与实施例1基本相同，不同之处在于，将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按照体积比9:15:20:25的比例进行混匀。
性能测试
将实施例1～4制备得到防水润滑涂层进行水接触角、比表面积测试和透光率，其测试结果如表1所示：
表1
由上述结果可知，在本发明通过选择特定比例和种类的硅源，成功制备得到了具有良好透光率、疏水性和较高的比表面积的吸附性多孔涂层材料。可以在水下环境机器人摄像设备的光学镜片临时通过喷灌喷涂含润滑剂的本发明上述的多孔多孔吸附涂层材料形成保护层，实现快速润滑操作，其水接触角可达100～140度；高比表面积，其比表面积可达500～1100m2/g。能够起到短周期保护的作用，具有广泛的适用性；同时形成的涂层透光性好，不会影响水下摄像设备的拍摄。
Claims (9)
1.一种吸附性多孔涂层材料，其特征在于，由以下体积份数的各组分制备而成：四乙氧基硅烷8～10份、甲基二甲氧基硅烷15～16份、十六烷基三甲氧基硅烷10～15份、异丙醇15～23份。
2.一种吸附性多孔涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇按体积比(8～10):(15～16)：(10～15)：(15～23)混匀，于30～35℃搅拌混匀，得混合液；
S2.将步骤S1的混合液搅拌30min后用酸溶液调pH至3～5.5，再搅拌2h后用碱溶液调节pH至9～11，继续搅拌15min，将混合溶液倒入密闭容器，在室温下进行凝胶；
S3.在S2溶胶中加入醇溶剂进行老化，干燥后即得吸附性多孔涂层材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸或醋酸。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为氨水。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶的温度为20～50℃，进行凝胶的时间为0.5～4h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述老化为20～50℃，老化0.5～3天。
7.权利要求2～6任一所述方法制备得到的吸附性多孔涂层材料。
8.权利要求7所述吸附性多孔涂层材料在制备水下摄像设备光学镜片透明防水润滑涂层中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将吸附性多孔涂层材料在水下摄像设备光学镜片的表面形成一层固定层，然后再向固定层中注射或在上涂覆白油，形成透明的防水润滑涂层。
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- 2019-09-24 CN CN201910906185.5A patent/CN110713789B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110713789B (zh) | 2021-05-11 |
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