CN115109203A - 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115109203A
CN115109203A CN202210858544.6A CN202210858544A CN115109203A CN 115109203 A CN115109203 A CN 115109203A CN 202210858544 A CN202210858544 A CN 202210858544A CN 115109203 A CN115109203 A CN 115109203A
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
acrylate
comb
coating
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210858544.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115109203B (zh
Inventor
付少海
于梦楠
张继超
田安丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN202210858544.6A priority Critical patent/CN115109203B/zh
Publication of CN115109203A publication Critical patent/CN115109203A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115109203B publication Critical patent/CN115109203B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F283/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/12Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polysiloxanes
    • C08F283/124Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polysiloxanes on to polysiloxanes having carbon-to-carbon double bonds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/06Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects
    • B05D5/061Special surface effect
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/10Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an adhesive surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
    • C08F2/22Emulsion polymerisation
    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
    • C08F2/26Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents anionic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D151/00Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D151/08Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16Antifouling paints; Underwater paints
    • C09D5/1656Antifouling paints; Underwater paints characterised by the film-forming substance
    • C09D5/1662Synthetic film-forming substance
    • C09D5/1668Vinyl-type polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16Antifouling paints; Underwater paints
    • C09D5/1656Antifouling paints; Underwater paints characterised by the film-forming substance
    • C09D5/1662Synthetic film-forming substance
    • C09D5/1675Polyorganosiloxane-containing compositions
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0002Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate
    • D06N3/0011Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the substrate using non-woven fabrics
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0056Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the compounding ingredients of the macro-molecular coating
    • D06N3/0059Organic ingredients with special effects, e.g. oil- or water-repellent, antimicrobial, flame-resistant, magnetic, bactericidal, odour-influencing agents; perfumes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/0086Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the application technique
    • D06N3/0088Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof characterised by the application technique by directly applying the resin
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N3/00Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
    • D06N3/04Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06N3/042Acrylic polymers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2203/00Other substrates
    • B05D2203/30Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
    • B05D2203/35Glass
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2502/00Acrylic polymers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00Properties of the materials
    • D06N2209/10Properties of the materials having mechanical properties
    • D06N2209/108Slipping, anti-blocking, low friction
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06NWALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06N2209/00Properties of the materials
    • D06N2209/14Properties of the materials having chemical properties
    • D06N2209/146Soilproof, soil repellent
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/204Keeping clear the surface of open water from oil spills

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用,属于纳米防污涂层技术领域。本发明的富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备方法,所述方法包括先采用微波辅助的方式制备了水性聚合物纳米乳液,然后将水性聚合物纳米乳液稀释后,涂敷在基材上;再通过热诱导组装的方式得到富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层;该涂层具备优异的粘附力、具有防污功能的稳定超滑表面和基材适配性,使其能在任意材质和形貌的基材表面组装,使用方法简单,防污效果稳定,可用于多种基材的防护。

Description

一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用,属于纳米防污涂层技术领域。
背景技术
低表面能防污涂层是指通过表面能聚合物对污染物的排斥作用来实现防污、自清洁功能的一类涂料,广泛用于工业、水产养殖业以及日常生活中。为了制备低表面能防污涂层,研究人员设计了一系列具备特殊疏液性能的表面,例如超疏水表面和超疏油表面。然而这种表面主要依赖于极其精细的微纳粗糙结构,但制备工艺复杂且容易被破坏。
作为一种新型防污表面,超滑表面(SLIPS)用润滑油代替了超疏液表面微纳结构中的空气,获得光滑、连续且化学组分均匀的液-液表面。该表面能够不被绝大多数液体所浸润,受损之后还能够自修复,这大大提高了疏液表面在使用过程中的寿命。然而,SLIPS表面中储存的润滑液多是通过物理作用吸附,牢度较低,在液体冲刷、外力摩擦等作用下很容易发生润滑油的流失和损耗。此外,表面储油结构通常结构精细制备工艺复杂,存在通用性差等问题。因此不依赖于基材粗糙储油结构且通过化学方式锁油的构筑方式成为了开发超滑表面的新途径。
为了优化超滑表面,研究人员提出了一种替代策略,即将润滑液(如全氟聚醚或聚(二甲基硅氧烷))的柔性大分子链的一端接枝到基材表面,形成类液体润滑剂涂层,以排斥液体。由于共价附着在表面,这些润滑液分子结构不能被接触液体取代。虽然应用前景广阔,但由于单层润滑剂的厚度是纳米级的,即使在轻微磨损后,它仍然会因为疏液结构的破坏而失去防污性。
最近,一种将润滑液高分子链接枝到聚合物(如聚氨酯或环氧树脂)链段上构建光滑表面的新概念被提出。该方法可以有效提高超滑涂层的厚度和耐磨性。然而,低表面能的润滑液链段和聚合物之间的不相容性使得涂层中润滑液刷在成膜过程中发生相分离,导致其透明性下降。
此外,聚合物固化后通常会形成致密、连续的涂层,这会阻碍多孔材料(如网、膜、非织造布)的本征孔结构,极大地限制了超滑涂层的应用领域。
尽管国内外研究人员通过仿生结构制备出了多种类型的低表面能超滑防污涂层,并且讨论了其在实际生产生活中的应用价值。但目前超滑表面的构筑仍然面临诸多问题,如界面粘附力、高超滑疏液性能以及基材结构适配性等。
现有中国专利CN 110628287 B公开了一种含氟自抛光树脂基超滑涂层材料的制备方法,该方法通过润滑油与丙烯酸氟硼树脂超声混合制备丙烯酸氟硼自修复超滑涂层。润滑油在涂层内部以微纳米小液滴的形式存在,当涂层表面润滑油耗尽后可向表面渗出补充润滑油。该方法虽然起到了润滑油缓释,延长涂层使用时间的作用,但仍存在以下问题:
1.润滑液通过物理作用以液滴形式分散在涂层内部,容易流失和损耗;
2.由于涂层的厚度和储油量有限,润滑油消耗殆尽后涂层防污性能失效;
3.制备和使用过程成难免要用到有机溶剂,对生物体和环境有害。
发明内容
为了解决上述至少一个问题,本发明先采用微波辅助细乳液聚合法制备聚合物纳米乳液,选择合适的丙烯酸单体、润滑剂和润滑液限域助剂来实现分子结构设计,即将润滑剂在润滑液限域助剂作用下与丙烯酸单体形成一体聚合物;采用微波辅助聚合的方法提高反应速率,避免助乳化剂的使用;加入润滑液限域助剂来控制成膜过程中润滑液的迁移速率来提高梳状类液刷的含量和稳定性;之后在基材表面形成稳定固着的富含梳状类液刷的自粘附超滑类液涂层,从而制备出具有防污功能的稳定超滑表面。本发明制备的超滑涂层可以满足一般基材的防污要求,并且稳定性好、应用工艺简便。
本发明的第一个目的是提供一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)微波辅助制备水性聚合物纳米乳液:
将丙烯酸酯类硬单体、丙烯酸酯类软单体、单乙烯基封端的润滑剂单体和润滑液限域助剂加入含有乳化剂的水溶剂中,制备预乳化液;然后超声,得细乳化液;在氮气保护下向细乳化液中加入引发剂,并进行聚合反应,即得水性聚合物纳米乳液;
(2)富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备:
将步骤(1)制备得到的水性聚合物纳米乳液稀释后,涂敷在基材上;然后通过热诱导组装的方式得到富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层;步骤(1)中所述单乙烯基封端的润滑剂包括单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷或单乙烯基封端的全氟聚醚;所述润滑液限域剂包括丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟异丙酯中的一种或两种。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述丙烯酸酯类硬单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述丙烯酸酯类软单体包括丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述丙烯酸酯类软单体相对于水溶剂的质量浓度为1-10%,丙烯酸酯类硬单体相对于水溶剂的质量浓度为0.5-5%,润滑液限域剂相对于水溶剂的质量浓度为0.5-10%,单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷相对于水溶剂的质量浓度为5-15%,乳化剂相对于水溶剂的质量浓度为0.1-0.5%,引发剂相对于水溶剂的质量浓度为0.1-0.5%。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)所述水性聚合物纳米乳液的粒径为50-300nm。
在本发明的一种实施方式中,步骤(1)中所述聚合反应是在数控微波反应器中进行;所述数控微波反应器的超声震动的功率为400W-1000W,调控为工作3s停3s,工作总时间为10-60min。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述热诱导组装的方式为在20-60℃条件下干燥6-24h,在100℃-150℃条件下焙烘2-10min。在热诱导下,丙烯酸酯链段向基材表面迁移并牢固粘附基材,而低表面能的润滑液刷向涂层表面迁移制备得到具有梳状类液刷的超滑防污表面。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述水性聚合物纳米乳液稀释后的质量浓度为1-10%。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述涂覆基材的工艺包括浸涂或旋涂;所述浸涂工艺包括:将基材在水性聚合物纳米乳液中浸泡1-5min后干燥,重复次数为1-5次;所述旋涂工艺包括:将基材置于匀胶机上,将水性纳米聚合物乳液滴加在基材表面,以2000-5000rpm的转速旋转,滴加量为0.05-0.2mL/cm2,旋涂次数为1-5次。
在本发明的一种实施方式中,步骤(2)中所述基材包括纺织品、金属片、木材、玻璃中的一种或多种;所述纺织品包括棉织物、涤纶织物、无纺布、渔网中的一种或多种;所述金属片包括铜网、不锈钢网、不锈钢片、铁片、铜片中的一种或多种;所述木材包括木片、竹片中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供一种由上述所述富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备方法制备得到的富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层。
本发明的第三个目的是提供一种由上述所述的富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层在防生物污损、油水分离、微流体控制、防腐蚀、防污自清洁、抗雾防结冰领域中的应用。
本发明的有益效果:
(1)本发明通过微波辅助细乳液聚合代替传统加热聚合以提高反应速率,避免助乳化剂的使用,在提高乳胶粒均匀性的同时提高乳液的纯度,具备节能环保的特点。
(2)本发明首次通过分子结构限域的理念,利用限域剂提高了低表面能润滑剂在丙烯酸酯类聚合物中的相容性,解决了聚合物中接枝润滑剂量少,超滑表面超滑性能差的问题。
(3)本发明制备的水性纳米乳液可以通过浸涂旋涂等方便快捷的工艺组装到各样不同形状和材质的基材上。在成膜过程中,由于分子结构限域诱发速率可控的微相分离,同步实现基材粘附层和梳状类液刷防污层的构筑。
附图说明
图1为本发明实施例1中纳米乳液的粒径和超滑涂层透明性测试表征图;
图2为本发明实施例1中超滑防污表面的疏液性能和粘附力测试表征图;
图3为本发明实施例1中超滑防污表面的防污性能测试表征图;
图4为对照例1中乳液的粒径和单体转化率图;
图5为实施例1与对照例2制备的涂层稳定性能测试表征图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解实施例是为了更好地解释本发明,不用于限制本发明。
测试方法:
粒径:纳米乳液粒径采用纳米粒度仪测试。测试样品在制备时,需将乳液稀释至适宜浓度。测试参数设置如下:温度为25℃,溶剂为水。每个样品测试5次,测试得到样品的粒径尺寸、分布、平均值。
涂层透明性:样品透明性采用紫外分光光度计进行测试。
粘附力测试:粘附力采用万能试验机进行测试。
接触角:涂层静态接触角的测定仪器为JC2000DM接触角测量仪(上海中晨数字技术有限公司)。测试液体为水或DMF等不同表面张力的有机液体。测试液体体积为10微升,液滴滴落到涂层后,读取接触角的时间保持一致,每个样品选取5个点进行接触角测量,取平均值并计算标准差。
滑动角:涂层滑动角的测定仪器为JC2000DM接触角测量仪(上海中晨数字技术有限公司)。测试液体为水或DMF等不同表面张力的有机液体。测试液体体积为10微升,液滴滴落到涂层后,旋转一起的旋转台改变样品倾角,液滴开始滑动的角度即为液滴的滑动角。每个样品选取5个点进行滑动角测量,取平均值并计算标准差。
离心稳定性实验:将样品涂层固定在匀胶机上,以6000rpm的转速进行旋转。实验结束后通过质量变化计算质量保持率。
单体转化率实验:
取3g乳液于50mL烧杯中,加入甲醇进行破乳。当不再有白色沉淀析出后,将沉淀加入甲醇中,搅拌溶解、离心。去除上清液,将下层白色沉淀取出,加入去离子水,搅拌溶解,离心。离心后将下层白色沉淀取出,加入无水乙醇,搅拌溶解,离心。将得到的白色沉淀在50℃下烘干,称量重量,得到聚合物质量。
取3g乳液于聚四氟乙烯模具中,在50℃下烘干4h,制成超滑类液膜,称量重量。
Figure BDA0003755273390000051
实施例1
一种富含梳状类液刷的自粘附超滑防污表面涂层的玻璃制备方法,包括如下步骤:
(1)将2g丙烯酸丁酯、1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5g丙烯酸十二氟庚酯、5g单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷加入烧杯中,在超声中混合均匀;将上述混合液倒入含有0.1g十二烷基磺酸钠的35mL去离子水中,磁力搅拌15min,制备预乳液;
然后用细胞粉碎机超声10min制备细乳液,将细乳液倒入100mL三颈烧瓶中,在氮气保护下滴入5mL过硫酸铵水溶液(1.5wt%),置于功率为700W的微波反应器中,以工作3s停3s的方式反应40min,得到分子结构限域纳米乳液,即水性聚合物纳米乳液;
(2)将质量浓度为10%的分子结构限域纳米乳液在3000rpm的转速下旋涂到玻璃表面,滴加量为0.1mL/cm2,旋涂次数为3次;随后将玻璃片在40℃下干燥6h后在120℃下焙烘3min,得到具有超滑防污表面的玻璃。
将得到的分子结构限域纳米乳液和具有超滑防污表面的玻璃片进行性能测试,其乳液粒径和超滑表面透明性、疏液防污性能、粘附力以及涂层稳定性测试结果如图1,图2、图3和图5a所示。
从图1可以看出:纳米乳液的平均粒径在110nm左右,保持在纳米尺度,有利于后续在不同形貌的基材上的组装。涂层涂覆玻璃的平均透光率约为87.1%,与原始玻璃的透光率(~88.5%)相似,并且在外观上没有明显区别;
从图4b可以看出,分子结构限域纳米乳液制备过程中单体转化率高达95.8%,说明大量聚二甲基硅氧烷成功共聚到涂层内部,满足了高防污性能涂层对润滑液含量的需求。
从图2可以看出:涂层后的玻璃表面对水、甘油、二甲基亚砜、甲基吡咯烷酮、乙二醇等不同表面张力的液体具有极好的疏液性,测试液体都可以在倾斜角低于5°的表面上轻松滑动;说明单端聚合在涂层中的聚二甲基硅氧烷成功迁移至表面形成梳状类液刷并且赋予了玻璃表面优异的疏液性能;涂层在铁片、木材和玻璃等基材表面均能以优异粘附力附着。
从图3可以看出:酸奶、番茄酱、蜂蜜在原始玻璃表面粘附严重,而经过超滑处理后的表面几乎没有污染物残留;可以看出,经过超滑处理的玻璃防污性能明显提升,可以用于日常生活防污。
从图5a可以看出,具有超滑防污表面的玻璃涂层在经过高速旋转后涂层的质量保持率几乎没有发生变化,说明该涂层具有较好的稳定性。
实施例2
一种具有超滑防污表面的无纺布制备方法,包括如下步骤:
(1)将2g丙烯酸丁酯、1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5g丙烯酸十二氟庚酯、5g单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷加入烧杯中,在超声中混合均匀。将上述混合液倒入含有0.1g十二烷基磺酸钠的35mL去离子水中,磁力搅拌15min,制备预乳液。然后用细胞粉碎机超声10min制备细乳液。将细乳液倒入100mL三颈烧瓶中,在氮气保护下滴入5mL过硫酸铵水溶液(1.5%),置于功率为700W的微波反应器中,以工作3s停3s的方式反应40min得到分子结构限域纳米乳液。
(2)将无纺布在质量浓度为10%的纳米乳液中浸泡3min,重复三次。随后将无纺布片在40℃下干燥6h后在120℃下焙烘3min,,得到具有超滑防污表面的无纺布。
将实施例1和2的具有超滑防污表面的基底进行疏液性能测试,测试结果如下表1:
表1实施例1-2的具有超滑防污表面的基底的性能测试结果
Figure BDA0003755273390000061
从表1可以看出,对比实施例1和实施例2测定结果可以看出,由于无纺布粗糙度较大,因此液滴在其表面接触角较大和滑动角都高于在光滑的玻璃基底构筑的超滑表面;但是低滑动角仍然低于10°,说明本发明提出的方法不仅适用于光滑平面,对粗糙多孔表面同样适用。
实施例3
调整实施例1中单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的用量如表2所示,其他参数保持一致,得到具有超滑防污表面的玻璃。
将实施例3的具有超滑防污表面的玻璃进行性能测试,测试结果如下表2:
表2实施例3的测试结果
Figure BDA0003755273390000062
Figure BDA0003755273390000071
从表2可以看出:当涂层中不含单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷时,水和乙二醇在玻璃表面无法滑动,涂层疏液性差,随着单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的用量提高到10%,水和乙二醇在涂层表面的滑动角显著降低至5°。而用量为15%对结果影响不大,说明当用量为10%时的单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷已经可以提供良好的疏液性。
实施例4
调整实施例1中微波反应器的工作功率如表3所示,其他参数保持一致,得到具有超滑防污表面的玻璃。
将实施例4的具有超滑防污表面的玻璃进行性能测试,测试结果如下表3:
表3实施例4的测试结果
Figure BDA0003755273390000072
从表3可以看出:当微波功率较低时,单体之间无法充分反应,在焙烘过后仍然是液体状态,乳液无法成膜。提高功率至700W后得到了具备优异接触角和极低滑动角的超滑涂层,继续增加功率对涂层性能没有明显的影响。
实施例5
调整实施例1中焙烘温度如表4所示,其他参数保持一致,得到具有超滑防污表面的玻璃。
将实施例5的具有超滑防污表面的玻璃进行性能测试,测试结果如下表4:
表4实施例5的测试结果
Figure BDA0003755273390000073
从表4可以看出:当焙烘温度较低时,单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷无法顺利迁移至涂层表面,因此涂层疏液性能较差,随着焙烘温度提高,单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷迁移至涂层表面并且形成均匀完整的类液膜,赋予涂层优异的疏液性能;继续提高焙烘温度对涂层性能无明显影响,并且过高的温度不适用于不耐高温的基材。
对照例1
参照实施例1的方法,用传统加热方法替换微波辅助的方法,具体步骤为:
(1)将2g苯乙烯、1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5g丙烯酸十二氟庚酯、5g单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷加入烧杯中,在超声中混合均匀。将上述混合液倒入含有0.1g十二烷基磺酸钠的35mL去离子水中,磁力搅拌15min,制备预乳液。然后用细胞粉碎机超声10min制备细乳液。将细乳液倒入100mL三颈烧瓶中,在氮气保护下加热至70℃。然后滴入5mL过硫酸铵水溶液(1.5wt%),引发6小时聚合反应。反应后得到分子结构限域纳米乳液。
测试了该分子结构限域纳米乳液的粒径,单体转化率,结果如图4b所示。
传统加热方法制备的乳液粒径高于微波辅助制备的乳液,而单体转化率远低于微波辅助制备得到的乳液。这说明相较于传统的加热方法,微波辅助法有效提高了反应效率和产品分散性。
对照例2
参照实施例1的方法,去除掉润滑液限域剂丙烯酸十二氟庚酯,测试涂层的离心稳定性具体步骤为:
(1)将2g丙烯酸丁酯、1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、5g单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷加入烧杯中,在超声中混合均匀。将上述混合液倒入含有0.1g十二烷基磺酸钠的35mL去离子水中,磁力搅拌15min,制备预乳液。然后用细胞粉碎机超声10min制备细乳液。将细乳液倒入100mL三颈烧瓶中,在氮气保护下滴入5mL过硫酸铵水溶液(1.5%),置于超声震动功率为700W的微波反应器中,以工作3s停3s的方式反应40min得到分子结构限域纳米乳液。
(2)将质量浓度为10%的纳米乳液在3000rpm的转速下旋涂到玻璃表面,滴加量为0.1mL/cm2,旋涂次数为3次。随后将玻璃片在40℃下干燥12h后在120℃下焙烘3min,得到具有超滑防污表面的玻璃。
测试了在高速旋转后该涂层的质量保持率,结果如图5b所示。
从图中结果可知,在不含润滑液限域剂丙烯酸十二氟庚酯时,单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷在涂层中的牢度很低,在高速旋转带来的离心力下会被从涂层中甩出,涂层质量明显降低。而与实施例1相比添加丙烯酸十二氟庚酯后通过对聚二甲基硅氧烷迁移速率的调控作用,使得单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷稳定共聚且缓慢迁移至涂层表面形成均一的类液刷,在高速旋转后涂层质量几乎没有改变。
对照例3
将2g丙烯酸丁酯、1.5g甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5g丙烯酸十二氟庚酯混合,将上述混合液倒入含有0.1g十二烷基磺酸钠的35mL去离子水中,磁力搅拌15min,超声制备成聚合物基体,然后再与5g单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷润滑油进行混合,然后超声处理,即得聚合物纳米乳液。
将单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷润滑油混合到上述聚合物基体中,由于低表面能和组分不相容性,聚二甲基硅氧烷润滑油在基材中分布不均。并且由于润滑液渗出,聚合物和基材的粘附力大大降低。此外,当涂层表面被擦拭或者液体冲刷时,表层的润滑液很容易损耗。
表5对照例3的测试结果
Figure BDA0003755273390000091
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的技术和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)微波辅助制备水性聚合物纳米乳液:
将丙烯酸酯类硬单体、丙烯酸酯类软单体、单乙烯基封端的润滑剂单体和润滑液限域助剂加入含有乳化剂的水溶剂中,制备预乳化液;然后超声,得细乳化液;在氮气保护下向细乳化液中加入引发剂,进行反应,即得水性聚合物纳米乳液;
(2)富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层的制备:
将步骤(1)制备的水性聚合物纳米乳液稀释后,涂敷在基材上;然后通过热诱导组装的方式得到富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层;
步骤(1)中所述单乙烯基封端的润滑剂包括单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷或单乙烯基封端的全氟聚醚;所述润滑液限域剂包括丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟异丙酯中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述丙烯酸酯类硬单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述丙烯酸酯类软单体包括丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或多种;所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁基脒盐酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述丙烯酸酯类软单体相对于水溶剂的质量浓度为1-10%,丙烯酸酯类硬单体相对于水溶剂的质量浓度为0.5-5%,润滑液限域剂相对于水溶剂的质量浓度为0.5-10%,单乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷相对于水溶剂的质量浓度为5-15%,乳化剂相对于水溶剂的质量浓度为0.1-0.5%,引发剂相对于水溶剂的质量浓度为0.1-0.5%。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述聚合反应是在数控微波反应器中进行;所述数控微波反应器的超声震动的功率为400W-1000W,调控为工作3s停3s,工作总时间为10-60min。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述水性聚合物纳米乳液稀释后的质量浓度为1-10%。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述热诱导组装的方式为在20-60℃条件下干燥6-24h,在100℃-150℃条件下焙烘2-10min。
9.由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层。
10.由权利要求9所述的富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层在防生物污损、油水分离、微流体控制、防腐蚀、防污自清洁、抗雾防结冰方面中的应用。
CN202210858544.6A 2022-07-20 2022-07-20 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用 Active CN115109203B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210858544.6A CN115109203B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210858544.6A CN115109203B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115109203A true CN115109203A (zh) 2022-09-27
CN115109203B CN115109203B (zh) 2023-06-13

Family

ID=83333872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210858544.6A Active CN115109203B (zh) 2022-07-20 2022-07-20 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115109203B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116078646A (zh) * 2023-01-03 2023-05-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种含硅非线性高分子修饰的超滑表面及其制备与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112144287A (zh) * 2020-09-28 2020-12-29 江南大学 一种改性空心微球接枝润滑油制备超滑防污表面的方法
CN112961291A (zh) * 2021-03-05 2021-06-15 陕西科技大学 一种梳状结构氟硅改性苯丙乳液及其制备方法
WO2021197056A1 (zh) * 2020-03-30 2021-10-07 上海保立佳新材料有限公司 一种中粘保护膜乳液及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021197056A1 (zh) * 2020-03-30 2021-10-07 上海保立佳新材料有限公司 一种中粘保护膜乳液及其制备方法
CN112144287A (zh) * 2020-09-28 2020-12-29 江南大学 一种改性空心微球接枝润滑油制备超滑防污表面的方法
CN112961291A (zh) * 2021-03-05 2021-06-15 陕西科技大学 一种梳状结构氟硅改性苯丙乳液及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JABER KHANJANI ET AL: "Improving dirt pickup resistance in waterborne coatings using latexblends of acrylic/PDMS polymers", 《PROGRESS IN ORGANIC COATINGS》, pages 151 - 166 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116078646A (zh) * 2023-01-03 2023-05-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种含硅非线性高分子修饰的超滑表面及其制备与应用
CN116078646B (zh) * 2023-01-03 2024-02-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种含硅非线性高分子修饰的超滑表面及其制备与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN115109203B (zh) 2023-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Surface properties and self-cleaning ability of the fluorinated acrylate coatings modified with dodecafluoroheptyl methacrylate through two adding ways
Yasuda et al. Dynamics of surface property change in response to changes in environmental conditions
CN105585928B (zh) 超疏水涂料及其制备和使用方法
CN106085070A (zh) 一种低表面能微纳米涂层材料及其制备方法
EP2294147A2 (en) Durable polymer-aerogel based superhydrophobic coatings: a composite material
CN105482604B (zh) 一种水性防涂鸦涂料及其制备方法
CN115109203B (zh) 一种富含梳状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用
JP2009529088A (ja) 汚れ剥離組成物
EP3455268B1 (en) Interpenetrating polymer networks
CN112144287B (zh) 一种改性空心微球接枝润滑油制备超滑防污表面的方法
CN107500561A (zh) 高透明、超润滑、自补充性能的玻璃涂层及其制备方法和应用
CN109666111A (zh) 一种纳米SiO2/有机硅改性丙烯酸酯乳液
CN113512160B (zh) 一种有机-无机杂化粒子接枝润滑油制备防污表面的方法
Tian et al. Superhydrophobic surfaces of electrospun block copolymer fibers with low content of fluorosilicones
Cui et al. Fabrication of UV/moisture dual curing coatings based on fluorinated polyoxetanes for anti-fouling applications
Gu et al. Enhanced hydrophobicity of polyurethane with the self-assembly of perfluoropolyether-based triblock copolymers
CN112048225B (zh) 一种具有微纳层级结构的超疏水涂料及其制备方法
CN115197625B (zh) 一种富含线圈状类液刷的自粘附超滑涂层及其制备方法与应用
CN116554477B (zh) Poss改性聚合物及其制备方法、包含其的超亲水涂料
Liu et al. Preparation and characterization of polyurethane clearcoats and investigation into their antigraffiti property
KR101145439B1 (ko) 초발수 표면 및 그 제조방법
CN113755077A (zh) 疏水抗污紫外固化涂料及其制备方法
Sethulekshmi et al. Superhydrophobic Polymer and Composite Coatings
CN116078646B (zh) 一种含硅非线性高分子修饰的超滑表面及其制备与应用
CN112175503B (zh) 一种超顺滑涂料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant