CN111718614B - 一种超疏水复合材料添加剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水复合材料添加剂及其制备方法。该超疏水复合材料添加剂的嘧啶环具有吸收紫外线功能，可以将吸收的紫外光以热量的形式释放掉，可以很好的解决目前超疏水涂层存在的紫外线对超疏水材料的破坏的问题；本发明超疏水复合材料添加剂的制备方法操作简单,反应过程中通过加热回流操作一方面可以防止因为温度过高而导致溶剂/反应物挥发，另一方面还可以在混匀反应物的基础上，还能提高反应速率。

Description

一种超疏水复合材料添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机化学领域，具体涉及一种超疏水复合材料添加剂及其制备方法。
背景技术
超疏水材料是一种对水具有排斥性材料，水滴在其表面无法滑动铺展而保持球型滚动状，从而达到滚动自清洁的效果。湿润性是固体材料表面的重要性质之一，决定材料表面湿润性能的关键因素包括材料表面的化学组成和表面的微观几何结构。因此科学家将静态水接触角大于150°，滚动角小于10°的表面称为超疏水表面。超疏水材料表面因其具备自清洁、油水分离、抗腐蚀、防结冰以及防雾等优秀特性，近几年来备受材料学家的青睐，吸引了大批科学家投入到超疏水材料的研究中去。
虽然超疏水材料在实际生活中有着广泛的应用前景，但目前真正实现超疏水在实际中的广泛应用还有很多困难，一方面紫外线对超疏水材料的破坏，导致超疏水材料耐候性差，使用寿命较短；另一方面，超疏水材料表面虽然具有自清洁的作用，但是容易沉积灰尘，日积月累，灰尘牢固附着在超疏水材料的表面，使得其疏水特性被遮盖。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的首要目的是提供一种超疏水复合材料添加剂，该添加剂具有紫外线吸收、防静电吸附的功能。
本发明的第二目的是提供一种超疏水复合材料添加剂的制备方法。
本发明的首要目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种超疏水复合材料添加剂，该添加剂的分子结构式如下：
Figure GDA0003261698720000021
其中R为碳原子数为1-30的烷基，X为氯或溴中的任何一种。
优选地，所述R为碳原子数为12-30的烷基，X为溴。
优选地，所述R为碳原子数为1-5的烷基，X为溴。
优选地，所述R为乙烷基，X为溴。
本发明的第二目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种超疏水复合材料添加剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将维生素B1加入碱性水溶液，搅拌，过滤，洗涤，得产物；
(2)将步骤(1)中过滤得到的产物加入有机溶剂中搅拌，同时加入RX，加热回流，将得到的沉淀过滤分离，即可得到超疏水复合材料添加剂。
所述超疏水复合材料添加剂合成过程见图1，此处添加剂的合成原理为，维生素B1的嘧啶上的铵根离子与碱的氢氧根离子发生中和反应，生成产物；步骤(1)中的产物在有机溶剂下跟RX，加热回流，发生亲和取代反应，生成超疏水复合材料添加剂。
优选地，所述步骤(1)中碱性水溶液可以是氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的任何一种。
优选地，所述维生素B1与碱性水溶液的摩尔比为1:1～1:1.2。
优选地，所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液。
优选地，所述步骤(2)中RX为氯代烷基化合物或溴代烷基化合物，其中R为碳原子数为1-30的烷基。
优选地，所述生成的产物以及RX的摩尔比为1:3～1:3.3。
优选地，所述产物的分子结构式如下：
Figure GDA0003261698720000031
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的超疏水复合材料添加剂的嘧啶环具有吸收紫外线功能，可以将吸收的紫外光以热量的形式释放掉，可以很好的解决目前超疏水涂层存在的紫外线对超疏水材料的破坏的问题；
2、本发明的超疏水复合材料添加剂含有3个季铵根离子，带正电荷，而空气中的粉尘所带电荷多为正电荷，因此正电荷的灰尘不会附着在含有超疏水复合材料添加剂的超疏水复合材料涂层上面，可以解决超疏水复合材料表面容易沉积灰尘，使得其疏水特性被遮盖的问题，具有防静电吸附功能；
3、本发明的超疏水复合材料添加剂中R为碳原子数为1-30的烷基，X为氯或溴的任何一种，需要说明的是X不能为碘，因为碘离子容易被氧化，影响稳定性。当R为碳原子数为1-30的烷基时，将添加剂加入超疏水复合材料能取得良好的效果，当R为碳原子数为12-30的烷基的时候，将添加剂加入超疏水复合材料还能进一步提升超疏水复合材料涂料的疏水性；
4、本发明的超疏水复合材料添加剂分子结构末端还有羟基，超疏水复合材料添加剂可以借助羟基与纳米材料表面的羟基进行缩合，也可以和粘接剂进行键和，提高超疏水复合材料添加剂在超疏水涂层中的附着力；
5、本发明超疏水复合材料添加剂的制备方法操作简单,反应过程中通过加热回流操作一方面可以防止因为温度过高而导致溶剂/反应物挥发，另一方面还可以在混匀反应物的基础上，还能提高反应速率。
附图说明
图1为本实施例1至4中超疏水复合材料添加剂合成过程示意图；
图2是本实施例5中制备的超疏水复合材料涂层的SEM图；
图3是本实施例4中制备的超疏水符合材料当R为CH3添加剂的H谱和C谱核磁图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
超疏水复合材料添加剂的制备:
(1)将0.1mol维生素B1加入58ml摩尔浓度为2mol/L氢氧化钠水溶液中，搅拌，此时氢氧化钠和维生素B1嘧啶环上的铵根离子发生中和反应，得到产物(II)，并在水中沉淀下来，将此沉淀过滤洗涤烘干，得到0.08mol产物(II)；
(2)将0.05mol步骤(1)得到的产物(II)加入有DMSO中，同时加入0.16mol
溴乙烷搅拌，加热回流24h，此时产物(II)和溴乙烷发生亲和取代反应，得到超疏水复合材料添加剂(I)，并在DMSO中沉淀下来，将得到的超疏水复合材料添加剂(I)沉淀过滤分离，得到0.045mol超疏水复合材料添加剂(I)，如图1所示为本实施例超疏水复合材料添加剂合成过程示意图。
优选地，所述碱性水溶液也可以是氨水、氢氧化钾溶液中的任何一种，对产率几乎没影响。所述溴乙烷也可以是氯乙烷，或者是碳原子数为1-30的溴代烷基化合物或氯代烷基化合物。
实施例2
超疏水复合材料添加剂的制备:
(1)将0.1mol维生素B1加入50ml摩尔浓度为2mol/L氢氧化钠水溶液中，搅拌，此时氢氧化钠和维生素B1嘧啶环上的铵根离子发生中和反应，得到产物(II)，并在水中沉淀下来，将此沉淀过滤洗涤烘干，得到0.08mol产物(II)；
(2)将0.05mol步骤(1)得到的产物(II)加入有DMSO中，同时加入0.15mol溴乙烷搅拌，加热回流24h，此时产物(II)和溴乙烷发生亲和取代反应，得到超疏水复合材料添加剂(I)，并在DMSO中沉淀下来，将得到的超疏水复合材料添加剂(I)沉淀过滤分离，得到0.045mol超疏水复合材料添加剂(I)，如图1所示为本实施例超疏水复合材料添加剂合成过程示意图。
实施例3
超疏水复合材料添加剂的制备:
(1)将0.1mol维生素B1加入60ml摩尔浓度为2mol/L氢氧化钠水溶液中，搅拌，此时氢氧化钠和维生素B1嘧啶环上的铵根离子发生中和反应，得到产物(II)，并在水中沉淀下来，将此沉淀过滤洗涤烘干，得到0.08mol产物(II)；
(2)将0.05mol步骤(1)得到的产物(II)加入有DMSO中，同时加入0.165mol溴乙烷搅拌，加热回流24h，此时产物(II)和溴乙烷发生亲和取代反应，得到超疏水复合材料添加剂(I)，并在DMSO中沉淀下来，将得到的超疏水复合材料添加剂(I)沉淀过滤分离，得到0.045mol超疏水复合材料添加剂(I)，如图1所示为本实施例超疏水复合材料添加剂合成过程示意图。
实施例4
(1)将0.1mol维生素B1加入55ml摩尔浓度为2mol/L氢氧化钠水溶液中，搅拌，此时氢氧化钠和维生素B1嘧啶环上的铵根离子发生中和反应，得到产物(II)，并在水中沉淀下来，将此沉淀过滤洗涤烘干，得到0.08mol产物(II)；
(2)将0.05mol步骤(1)得到的产物(II)加入有DMSO中，同时加入0.155mol
溴甲烷搅拌，加热回流24h，此时产物(II)和溴甲烷发生亲和取代反应，得到超疏水复合材料添加剂(I)，并在DMSO中沉淀下来，将得到的超疏水复合材料添加剂(I)沉淀过滤分离，得到0.046mol超疏水复合材料添加剂(I)，如图1所示为本实施例超疏水复合材料添加剂合成过程示意图。
实施例5
超疏水复合材料的制备：
将150g二氧化硅、10g FAS、10g有机硅胶以及2g实施例1制备的添加剂(I)分别加入828g乙醇中搅拌分散30分钟，即可得到超疏水复合材料，如图2所示为本实施例中制备的超疏水复合材料涂层的SEM图。
优选地，二氧化硅可以替换为二氧化锡、氧化铝、氧化镁、氧化钒、二氧化锰、氧化镍中的任何一种，对生产复合材料的性能无影响；将粘接剂有机硅胶替换为聚氨酯胶和环氧树脂胶的任何一种，对生产复合材料也基本无影响。配置超疏水复合材料用的醇除了乙醇外，也可以是甲醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇等。
实施例6
如图3所示为测试实施例4中当R为CH3时生成的超疏水复合材料添加剂(I)的H谱和C谱核磁，结果如下:1H－NMR(400MHz，DMSO－D6)(δ，ppm)：1.36(3H，CH3)，1.80(2H，CH2),2.01(1H，OH),2.85(3H，CH3),2.87(3H，CH3),3,15(H，CH),3.30(3H，CH3),3.52(2H，CH2),4.01(H，CH),4.39(2H，CH2),4.51(2H，CH2),8.01(2H，NH2),8.02(2H，NH2),8.69(1H，CH)；13CNMR(100MHZ,DMSO-D6)(δ，ppm)：158,157,156,130,79.1,65.9,59.7,57.1,43.6,41.0,35.3,33.3,33.0,9.6。

Claims (4)

1.一种超疏水复合材料添加剂，其特征在于，该添加剂的分子结构式如下：
Figure FDA0003312699240000011
其中R为碳原子数为1-30的烷基，X为氯或溴中的任何一种；
超疏水复合材料添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将维生素B1加入碱性水溶液，搅拌，过滤，洗涤，得产物；
(2)将步骤(1)中过滤得到的产物加入有机溶剂中搅拌，同时加入RX，加热回流，将得到的沉淀过滤分离，即可得到超疏水复合材料添加剂；
所述步骤(1)中碱性水溶液是氨水、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的任何一种；
所述维生素B1与碱性水溶液的摩尔比为1:1～1:1.2；
所述步骤(2)中RX为氯代烷基化合物或溴代烷基化合物，其中R为碳原子数为1-30的烷基；
步骤(2)中所述生成的产物以及RX的质量比或摩尔比为1:3～1:3.3；
所述维生素B1的分子结构式如下：
Figure FDA0003312699240000012
2.根据权利要求1所述的超疏水复合材料添加剂，其特征在于，所述R为碳原子数为12-30的烷基，X为溴。
3.根据权利要求2所述的超疏水复合材料添加剂，其特征在于，所述R为碳原子数为1-5的烷基，X为溴。
4.根据权利要求3所述的超疏水复合材料添加剂，其特征在于，所述R为乙烷基，X为溴。
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