CN116004111A - 一种仿生超亲水涂层的制备方法及其涂层与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能表面材料技术领域，特别涉及一种仿生超亲水涂层的制备方法及其涂层与应用。本发明提出一种仿鲨鱼皮粘液分泌的超亲水表面设计理念及制备方法。本发明公开一种简单有效、绿色环保，通用性强，有望实现大面积制备的光固化型仿生超亲水涂层的制备方法。本发明的仿生超亲水涂层具有较好的表面超亲水和水下超疏油的特性、超亲水自修复性、以及透光和防雾效果，且能够简单方便且大面积的构筑于无机材料、金属、高分子材料等基材表面，可应用于卫浴材料、生物医用涂层、油水分离、防污涂料等领域。
Description
技术领域
本发明属于功能表面材料技术领域，特别涉及一种仿生超亲水涂层的制备方法及其涂层与应用。
背景技术
具有特殊润湿性的超亲水功能表面(水滴接触角<10°)，展示出较好的易清洗、防雾、防污等特性，使其在防雾涂层、防污涂料、生物医用涂层、卫浴材料、油水分离等领域具有良好的应用价值，在近年来得到了迅猛发展。
随着纳米技术的进步，超亲水表面的制备方法已经取得很大进步，主要方法包括溶胶-凝胶法、自组装法、相转化法、界面聚合法、电沉积法等。这些已有制备方法研究主要基于高能亲水材料和表面粗糙结构两大关键条件，如构筑具有表面多孔结构的无机SiO2薄膜或光致超亲水性TiO2薄膜、以及采用仿生两性离子类强亲水特性的高分子材料或小分子表面活性剂材料，等。虽然超亲水材料在开发及制备方面取得了较大进展，但要实现工业和日常应用，仍然存在一些关键问题和挑战。如，材料制备控制条件要求较高且工艺复杂、材料对基材选择性强导致通用性不足、制备成本高、材料表面微观及化学结构易被破坏而丧失原有超亲水性能，等。由此可见，开发具有稳定耐久、制备工艺简单、低成本的超亲水材料制备方法，助推其更早实现大规模应用具有重要的意义。
近年来，基于仿鲨鱼皮表面微结构的流体减阻和抗生物粘附领域的仿生学研究都取得了一些令人振奋的结果。本发明发现，鲨鱼皮表面能够保持超亲水和水下超疏油特性，这应与鲨鱼皮表面不断分泌的粘液性质息息相关。若能仿生借鉴鲨鱼皮表面分泌粘液的特性来构筑功能表面，有望获得稳定的仿生超亲水功能表面。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提出一种仿鲨鱼皮粘液分泌的超亲水表面设计理念，即在高分子基材内部引入亲水改性剂，通过亲水改性剂可自发迁移到高分子基材表面的方式来构筑稳定的仿生超亲水功能表面。
本发明的第一目的在于提供一种简单有效、绿色环保，通用性强，有望实现大面积制备的仿生超亲水涂层的制备方法。
本发明的第二目的在于提供上述方法制备得到的仿生超亲水涂层。
本发明的第三目的在于提供上述仿生超亲水涂层的应用。本发明的仿生超亲水涂层具有较好的表面超亲水和水下超疏油的特性、超亲水自修复性、以及透光和防雾效果，且能够简单方便且大面积的构筑于无机材料、金属、高分子材料等基材表面，可应用于卫浴材料、生物医用涂层、油水分离、防污涂料等领域。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种仿生超亲水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二异氰酸酯、多元醇和催化剂混合，搅拌反应，得到中间体；
(2)将中间体与阻聚剂、封端剂混合，搅拌反应，得到光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体；
(3)将光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体、亲水改性剂、活性单体，光引发剂、室温搅拌混合均匀，并真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体；
(4)将超亲水光固化预聚体在基材表面进行涂覆，紫外光固化，得到仿生超亲水涂层。
步骤(1)中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；
所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺、二醋酸二甲基锡、顺丁烯二酸二丁基锡、辛酸锌中的至少一种；
所述多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的至少一种；所述多元醇优选聚醚三元醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的至少一种；
所述多元醇亦可采用生物基多元醇；
所述多元醇与二异氰酸酯的摩尔比为1：(2～4)；
所述催化剂用量为二异氰酸酯和多元醇总重量的0～5％；
所述多元醇的平均分子量为2000～10000g/mol；
所述搅拌反应的条件为50～100℃条件下搅拌反应0.5～24h。
步骤(2)中，所述封端剂为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯的至少一种；所述阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚、对甲氧基苯酚的至少一种；
所述中间体与封端剂的质量比为1：(0.05～1)；
所述阻聚剂用量为中间体与封端剂总重量的0.01～1％；
所述搅拌反应的条件为50～100℃条件下搅拌反应0.5～24h。
步骤(3)中，所述亲水改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇脂聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪酰胺、羧酸型两性表面活性剂、硫酸酯型两性表面活性剂、磺酸型两性表面活性剂、磷酸酯型两性表面活性剂中的至少一种；
所述亲水改性剂优选包括Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、Triton X100中的至少一种；
所述活性单体包括双-季戊四醇六丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；
所述光引发剂包括TPO、ITX、1173、184、PBZ中的至少一种；所述TPO、ITX、1173、184、PBZ为工业商用常用名称；
所述光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体、亲水改性剂、活性单体，光引发剂的质量比为1：(0.01～0.5)：(0～1)：(0.01～0.05)；
所述亲水改性剂为光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体和活性单体总重量的5～50％。
本发明的超亲水光固化预聚体经涂覆，即可简单方便并且大面积地制备得到表面具有超亲水特性的涂层，且涂层可稳固附着在基材表面。本发明的超亲水光固化预聚体在使用时是液体形式，因此涂覆方法可包括喷涂、滚涂、浸渍、淋涂、滴涂、擦涂等各种适合的涂层加工方式。也可以根据实际情况，如采用喷涂时候，可将超亲水光固化预聚体与有机溶剂混合，减少体系粘度，方便喷涂。
本发明以超亲水光固化预聚体作为涂层材料，可在体系中引入活性单体成分；通过调节活性单体的种类和含量，可以进一步调控光固化涂层的综合性能，如基材表面的涂层粘结性能、力学性能、耐刮擦性能等。
本发明在光固化聚氨酯涂层材料体系中引入亲水改性剂，所述亲水改性剂优选Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、Triton X100的至少一种；由于Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、Triton X100均为聚乙二醇型表面活性剂，具有较好的亲水性。本发明发现，Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、Triton X100等亲水改性剂在本发明的光固化聚氨酯体系基材内部，具有可迁移至基材表面的特点。利用亲水改性剂的亲水性和基材表面可迁移性，本发明所制备的仿生功能表面具有较好和稳定的超亲水性。
本发明发现，调控亲水改性剂的种类与含量，使其与光固化聚氨酯涂层材料体系成分相匹配，可在较低亲水改性剂含量的情况下，获得性能优异的超亲水涂层表面。实施例发现，Tween20和Triton X100在添加量为5wt％的情况下，即可实现超亲水性。
本发明的亲水改性剂与本发明的光固化聚氨酯基材具有良好的相容性，可使得亲水改性剂能够缓释迁移至涂层表面，且本发明所制备的仿生超亲水涂层具有优异的透明性。
除此之外，本发明所制备的仿生超亲水涂层的超亲水性十分稳定，即使通过有机溶剂擦拭等方式对涂层表面的超亲水特性进行破坏之后，在通过一定的条件，如室温存放或加热方式，即可使得涂层重新具备稳定的超亲水特性。
本发明的仿生涂层，可以在不同的基材表面形成超亲水涂层，如玻璃材料、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、高分子织物等，所得涂层不仅具有超亲水自洁特性，且具有抗细菌粘附功能。此外，通过调整配方，能使本发明超亲水自洁抗菌涂层具有非常广泛的用途。
本发明的仿生超亲水涂层可以用于防雾涂层、自清洁涂层、防污涂层、油水分离膜等领域。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
1、本发明通过仿生手段，提出采用仿鲨鱼皮粘液分泌的超亲水表面设计理念，仿生制备出具有超亲水特性的功能涂层，其制备工艺简单、涂层超亲水稳定耐久、制备成本低，有助于大规模的应用；
2、本发明所制备的仿生超亲水涂层，采用光固化方式，基材通用性广，能够实现大面积超亲水功能涂层表面的制备，应用方便；且制备的涂层具有防雾、防污、透明性高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1中合成材料及产物的红外光谱图。
图2为实施例1中光固化预聚体和通过紫外光固化之后的涂层样品ATR红外谱图。
图3为光固化超亲水涂层样品表面的XPS谱图及表面元素含量结果图。
图4为玻璃表面超亲水功能涂层样品与对照样的防雾效果及水滴接触角对比图。
图5为采用不同表面活性剂种类和含量对光固化聚氨酯基材表面亲水性影响的结果图。
图6为超亲水油-水分离膜样品的SEM图及油水分离效果图。
图7为超亲水油-水分离膜样品的油水分离效率及重复稳定性图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。下列实施例中涉及的物料若无特殊说明均可从商业渠道获得。所述方法若无特别说明均为常规方法。各组分的有用量以质量份、体积份计，g、mL。
实施例1：
将46.6质量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、200.0质量份聚醚三元醇(PPG，Mn＝3000)和0.1质量份二月桂酸二丁基锡混合，在85℃条件下搅拌反应5h，得到中间体；在中间体中，加入0.09质量份阻聚剂对羟基苯甲醚(MEHQ)之后，加入36.0质量份甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和0.5质量份催化剂二月桂酸二丁基锡混合，在85℃条件下继续反应5h，得到光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体，标记为PUA。
图1为实施例1中聚氨酯丙烯酸酯预聚体合成原材料PPG和IPDI、中间产物IPU和产物PUA的红外光谱图。在PPG谱图上，波数2900～3000cm-1和1300～1400cm-1处分别为CH2和CH3基团的特征吸收峰，1112cm-1处为PPG分子链中C-O-C醚键的吸收峰；在IPU谱图上，原本2266cm-1处归属于IPDI的-NCO基团的不对称伸缩振动峰，其峰强度明显减弱，且在1733cm-1和1531cm-1分别出现归属于氨基甲酸酯中C＝O的伸缩振动吸收峰和N-H的弯曲振动峰，表明IPDI的异氰酸酯基(NCO)与PPG的羟基(OH)之间发生反应生成氨基甲酸酯；在经HEMA作为封端剂的PUA谱图中，在1641cm-1出现了C＝C双键的吸收峰，且2266cm-1处几乎看不到任何吸收峰，表明IPU预聚体的-NCO基团已完全参与反应，通过封端反应成功将C＝C双键引入到聚氨酯丙烯酸酯预聚体中。
图2是光固化预聚体和通过紫外光固化之后的涂层样品ATR红外谱图。与超亲水光固化预聚体的红外谱图相比，在固化后的超亲水涂层样品的谱图上可发现，位于1641cm-1处的、归属于PUA和DPHA的C＝C的伸缩振动峰明显变小。这一结果表明，UV引发了体系中的碳碳双键的聚合和交联反应，得到三维交联固化的涂层材料。
实施例2
将50质量份甲苯二异氰酸酯、200.0质量份聚丙二醇(Mn＝2000)和0.1质量份辛酸亚锡混合，在82℃条件下搅拌反应8h，得到中间体；在中间体中，加入0.04质量份阻聚剂对苯二酚之后，加入40.0质量份甲基丙烯酸羟丙酯和0.5质量份催化剂二月桂酸二丁基锡混合，在85℃条件下继续反应8h，得到光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体。
实施例3
本实施例以Tween20作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween20混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween20的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween20，制备得到不同Tween20含量的超亲水光固化预聚体。
实施例4
本实施例以Tween40作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween40混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween40的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween40，制备得到不同Tween40含量的超亲水光固化预聚体。
实施例5
本实施例以Tween60作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween60混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween60的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween60，制备得到不同Tween60含量的超亲水光固化预聚体。
实施例6
本实施例以Tween80作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween80混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween80的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween80，制备得到不同Tween80含量的超亲水光固化预聚体。
实施例7
本实施例以Tween85作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween85混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween85的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween85，制备得到不同Tween85含量的超亲水光固化预聚体。
实施例8
本实施例以Triton X100作为亲水改性剂。取20质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与10质量份DPHA、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的TritonX100混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Triton X100的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Triton X100，制备得到不同Triton X100含量的超亲水光固化预聚体。
实施例9
本实施例以Tween20、Triton X100作为亲水改性剂。取15质量份实施例1所制备的聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA)、与5质量份DPHA、2质量份三丙二醇二丙烯酸酯、1质量份光引发剂1173、以及一定含量的Tween20和Triton X100混合，搅拌混合均匀，真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体。其中，Tween20和Triton X100的加入量，以占超亲水光固化预聚体总质量的比例进行计算，分别为2.5wt％，5.0wt％，7.5wt％，10.0wt％，12.5wt％，15wt％，29wt％的Tween20和Triton X100，制备得到不同Tween20和Triton X100含量的超亲水光固化预聚体。Tween20和Triton X100的比例为1:1。
将上述实施例制备得到的超亲水光固化预聚体进行涂覆，使用紫外灯照射120s，得到光固化超亲水涂层样品，标记为SPU。其中，未添加亲水改性剂的光固化涂层样品，标记为SPU-blank。其中，将超亲水光固化预聚体涂覆在玻璃表面，静置消泡后，紫外光固化，得到玻璃表面超亲水功能涂层样品，标记为Glass-SPU。其中，未添加亲水改性剂的玻璃表面涂层样品，标记为Glass-SPU-blank。
图3为未添加亲水改性剂、以及采用Tween20(实施例3)和Triton X100(实施例8)作为亲水改性剂所制备的光固化超亲水涂层样品表面的XPS谱图及表面元素含量结果对比图。从结果中可以看出，不同基材表面均主要含有C、O和N元素；其中，在未添加亲水改性剂的SPU-blank表面，其C:O元素比例为1.905，N元素含量为2.1％；而添加有Tween20和TritonX100这两种不同的聚乙二醇型表面活性剂的SPU-Tween20和SPU-Triton X100聚氨酯基材样品表面，其C:O元素比例分别下降到1.788和1.619，且N元素含量也下降明显。由此可见，这可能是由于Tween20和Triton X100这两种聚乙二醇型表面活性剂分子迁移到光固化聚氨酯基材表面所致。
图4为采用Tween20(实施例3)作为亲水改性剂所制备的玻璃表面超亲水功能涂层样品与空白玻璃、未加亲水改性剂的玻璃涂层样品的防雾效果及水滴接触角对比图。从图可以看出，在空白玻璃Glass表面和Glass-SPU-blank表面，水滴呈月牙状，接触角约为32°和45°，这会导致材料表面冷凝聚集大量的微小液滴，光线穿过雾滴时，由于空气，水滴和透明介质间折射率的差异，在气-液界面上会发生折射与反射，降低了材料的透光性，造成视觉上的结雾现象；而水滴在Glass-SPU-Tween20样品表面，几乎能够完全润湿，接触角小于5°。Glass-SPU-Tween20样品表面较好的超亲水性，使得水滴在表面润湿摊平并相互连接形成均匀的透明水膜，使表面始终保持润湿状态，消除了光线的反射和折射，达到防雾效果。
图5为分别以Tween20，Tween40，Tween60，Tween80，Tween85，Triton X100作为仿生涂层的亲水改性剂，不同表面活性剂种类和含量对光固化聚氨酯基材表面亲水性的影响的结果。图5(a)为亲水改性剂添加量为10wt％时，不同改性功能涂层表面的水滴接触角测试结果，从结果中可以看到，添加Tween85作为亲水改性剂的，表面水滴接触角为45±3°，而其他几种亲水性改性剂的改性功能涂层表面水滴接触角均小于10°，展示出超亲水性。图5(b)详细探讨了不同亲水改性剂含量对改性功能涂层表面亲水性的影响，从结果中可以看到，随着亲水改性剂含量的增加，材料表面的亲水性逐渐增强；Tween20和Triton X100的添加量为5wt％时，改性功能涂层表面的水滴接触角即可达到10°以下；当亲水改性剂添加量达到10～20％时，除了Tween85，采用Tween20，Tween40，Tween60，Tween80，Triton X100作为亲水改性剂的光固化聚氨酯基材表面均能够达到超亲水的状态。从不同表面活性剂的分子结构图5(c)可以看出，不同种类吐温和Triton X100同属于非离子型表面活性剂，且具有相似的化学结构，即具有亲水性的聚氧乙烯基团分子结构，故能够改善聚氨酯基材表面的亲水性；仔细对比Tween85和其他几种亲水改性剂的分子结构可以看出，Tween85分子具有三油酸酯结构，较多疏水性的烷烃长碳链结构使其对基材表面的亲水改性效果明显降低。
本发明实验结果发现，以Tween20，Tween40，Tween60，Tween80，Triton X100或者其混合物，作为仿生涂层的亲水改性剂，与实施例(1)和实施例(2)所制备的光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体相复合，做制备的仿生超亲水表面，材料表面的超亲水特性具有较好的稳定性和自修复性。所制备的仿生超亲水表面，经过乙醇强力擦拭后，材料表面的超亲水润湿状态消失，失去亲水性的材料表面，经过常温放置12h或者在80℃条件下加热处理0.5h，即可恢复原先的超亲水性，且循环操作10次之后，仍能保持稳定的超亲水自修复功能，这应是基材内部的亲水改性剂分子可不断重新迁移至材料表面所致。以上结果表明，本发明仿生超亲水功能涂层具有稳定的超亲水自修复功能。
实施例10
将实施例(3)、实施例(8)所制备的超亲水光固化预聚体与乙酸乙酯按等体积混合，并将其喷涂到不锈钢网表面，紫外光固化，得到超亲水油-水分离膜样品，分别标记为SSM-SPU-Tween20和SSM-SPU-Triton 100。通过SEM观察改性前后不锈钢网样品的表面微观形貌，所得到的SEM照片如图6(a)、图6(b)、图6(c)所示。对比观察这些SEM照片，可以发现，不锈钢网的平均孔径约75μm，原始不锈钢网的细丝表面存在加工纹路；在SSM-SPU-Tween20表面，可以明显看到有涂层物质连续附着情况，由此可以证明通过简单的喷涂及固化处理可制得具有亲水功能涂层的分离膜材料。油水分离实验结果发现，将15号白油/水混合物缓慢倾倒在普通不锈钢网上，水和油均可陆续通过，可见不锈钢网不具备有效的油水分离性能；与普通不锈钢网相比，水可快速通过SSM-SPU-Tween20，而15号白油被保留在分离膜上方，展示出良好的油水分离效果，如图6(d)所示。经推测，当水与基材表面的亲水改性剂接触时，能够在基材表面形成稳定的水化层，因表面水化层作为隔离层，油滴无法接触到涂层表面，从而有效排斥油相使其不能通过，从而实现油水分离效果。
本发明选用食用花生油、15号白油、石油醚等3种油品，来进一步探究分离膜对油-水混合物的分离效率及稳定性。分别配制成油水混合液，利用具有超亲水性的SSM-SPU-Tween20和SSM-SPU-Triton 100分别分离这3种油水混合液，测得分离效率如附图7(a)所示，两种分离膜对不种油品均表现出良好的油水分离性能，其分离效率仍均可达到95％以上。为探究该膜的稳定性，将其对15号白油和水混合物进行分离，循环使用10次后，仍可保持稳定的分离效率，实验结果如图7(b)所示。以上结果表明，基于仿生光固化超亲水表面的油-水分离膜具有较好的重复使用稳定性。
本发明所开发的仿生超亲水涂层，可以在不同的基材表面形成超亲水涂层，如玻璃材料、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、高分子织物等，所得涂层不仅具有超亲水自洁特性，且具有抗细菌粘附功能。此外，通过调整配方，能使本发明超亲水自洁抗菌涂层具有非常广泛的用途。本发明所述的仿生超亲水涂层可以用于防雾涂层、自清洁涂层、防污涂层、油水分离膜的应用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种仿生超亲水涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将二异氰酸酯、多元醇和催化剂混合，搅拌反应，得到中间体；
(2)将中间体与阻聚剂、封端剂混合，搅拌反应，得到光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体；
(3)将光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体、亲水改性剂、活性单体，光引发剂、室温搅拌混合均匀，并真空脱泡，得到超亲水光固化预聚体；
(4)将超亲水光固化预聚体在基材表面进行涂覆，紫外光固化，得到仿生超亲水涂层；
步骤(1)中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；
所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺、二醋酸二甲基锡、顺丁烯二酸二丁基锡、辛酸锌中的至少一种；
所述多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的至少一种；
步骤(2)中，所述封端剂为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯的至少一种；
所述阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚、对甲氧基苯酚的至少一种；
步骤(3)中，所述亲水改性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇脂聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪酰胺、羧酸型两性表面活性剂、硫酸酯型两性表面活性剂、磺酸型两性表面活性剂、磷酸酯型两性表面活性剂中的至少一种；
所述亲水改性剂优选包括Tween20、Tween40、Tween60、Tween80、Triton X100中的至少一种；
所述活性单体包括双-季戊四醇六丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；
所述光引发剂包括TPO、ITX、1173、184、PBZ中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述所述多元醇包括生物基多元醇；
所述多元醇与二异氰酸酯的摩尔比为1：(2～4)；
所述催化剂用量为二异氰酸酯和多元醇总重量的0～5％；
所述多元醇的平均分子量为2000～10000g/mol；
所述搅拌反应的条件为50～100℃条件下搅拌反应0.5～24h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述中间体与封端剂的质量比为1：(0.05～1)；
所述阻聚剂用量为中间体与封端剂总重量的0.01～1％；
所述搅拌反应的条件为50～100℃条件下搅拌反应0.5～24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述光固化聚氨酯丙烯酸酯预聚体、亲水改性剂、活性单体，光引发剂的质量比为1：(0.01～0.5)：(0～1)：(0.01～0.05)。
5.一种根据权利要求1-4任一项方法制备得到的仿生超亲水涂层。
6.权利要求5所述的仿生超亲水涂层在防雾涂层、自清洁涂层、防污涂层、油水分离膜领域中的应用。
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