CN116376388B - 一种温敏性水凝胶漆及其制备方法、涂层与涂层的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种温敏性水凝胶漆及其制备方法、涂层与涂层的应用。温敏性水凝胶漆的制备主要包括以下步骤：（1）以吡咯、氯化氢和氯化锂为原料，通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；（2）向丙烯酰胺和丙烯酸的混合单体中引入氯掺杂的聚吡咯、氯化锂、硅烷偶联剂、链转移剂和引发剂，制备得到温敏性水凝胶漆。本发明的制备工艺简单成熟，绿色环保，温敏性水凝胶漆的制备分步进行，生产过程中的条件较为温和，无需无氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。
Description
技术领域
本发明涉及集水材料技术领域，具体涉及一种温敏性水凝胶漆的及其制备方法、涂层与涂层的应用。
背景技术
地球约有70%的面积覆盖着水，但真正能供人类取用的淡水资源极少，目前全球约有11亿人口的生活受到水资源短缺的困扰。为了有效缓解淡水短缺的压力，起初以膜过滤或热脱盐为技术基础对污水或海水进行处理，从而获得可供人类使用的淡水资源，但该类方法成本高、耗能大，更适合大规模的集中产水，集水策略不具有普适性。
大气水是指存在于空气中的水气及其派生的液态水和固态水的总和。数据显示，大气层中存在多达3750亿加仑的大气水，足以满足全球人类的淡水需求。与传统集水策略不同的是，大气集水技术能够在不影响天然淡水生态系统的前提下，不受环境限制为人类提供优质水源。大气集水包括吸水和释水两个步骤。为了降低吸水过程中的能耗，扩大其环境应用范围，现今主要是利用具有高比表面积且亲水的功能材料，如MOF、分子筛、可潮解无机盐以及多孔气凝胶等，结合物理吸附和化学键合来代替高能耗的物理冷却凝结。然而，相比于研究较为成熟的吸水过程，目前最常采用加热材料使水分蒸发达到释放水的目的，但鉴于吸附材料与水分子间的强相互作用大大阻碍了水的释放，蒸发焓增加的同时也增加了解吸的能量势垒，因而仍难以满足大气集水的基本需求。
设计温敏性的集水材料（例如温敏性水凝胶），大气水可在凝胶表面液化后通过多孔通道转移至亲水性三维网络内部，凭借其固有的最高共溶温度（UCST）的特性或最低共溶温度（LCST）的特性，在不同温度下凝胶的三维网络发生可逆的溶胀吸水或皱缩释水，最终获得纯净淡水，即可实现空气取水、原位储水及响应放水三位一体的功能。但高分子水凝胶的合成经自由基聚合反应，需要无氧、高温、紫外辐射等引发条件，生产环境要求苛刻。在实际的日常应用中，只能根据现有条件制备固定外观尺寸的集水凝胶，无法适应不同的实际应用环境，根据使用者的实际需求制备大面积的温敏性水凝胶涂层。
发明内容
针对高分子集水凝胶生产条件苛刻、尺寸固定不能适应不同应用环境的的技术问题，本发明提供一种温敏性水凝胶漆的及其制备方法、涂层与涂层的应用。
第一方面，本发明提供一种温敏性水凝胶漆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）以吡咯、氯化氢和氯化锂为原料，通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；
（2）向丙烯酰胺和丙烯酸的混合单体中引入氯掺杂的聚吡咯、氯化锂、硅烷偶联剂、链转移剂和引发剂，制备得到温敏性水凝胶漆。
进一步的，步骤（1）具体包括：
A1.将吡咯在去离子水中超声分散后得到吡咯水溶液；
A2.将氯化锂溶解于HCl水溶液中得到LiCl/HCl水溶液；
A3.将过硫酸铵作为引发剂溶解于去离子水中得到过硫酸铵水溶液；
A4.将吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液滴加到LiCl/HCl水溶液中，经聚合反应得到氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒。
进一步的，吡咯与去离子水体积比为0.067-0.12:1，LiCl/HCl水溶液中LiCl和HCl的物质的量浓度比为0.66-1.07:1，过硫酸铵的水溶液浓度控制在0.01 mol/L。
进一步的，A4步骤中吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，滴加速度为每10秒滴加0.05-0.2mL。
进一步的，步骤（2）具体包括：
B1.将丙烯酰胺、丙烯酸、步骤（1）中制备的氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒、氯化锂和链转移剂3-巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液加入至去离子水中，制备均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；丙烯酰胺与丙烯酸的物质的量为1:4-4:1，可聚合单体在前驱体溶液中的浓度为2mol/L，用于构建温敏性能显著的聚合物三维网络；3-巯丙基三甲氧基硅烷与四氢呋喃的体积比控制在9:1，温敏性水凝胶漆前驱体溶液中链转移剂的体积分数为0.2vol%，控制共聚物的交联程度；
B2.向温敏性水凝胶漆前躯体溶液中加入3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，并加入过硫酸铵作为引发剂；
B3.将温敏性水凝胶漆前躯体溶液在45-50℃时引发共聚物交联反应，反应时间为15-20min，获得温敏性水凝胶漆；避免高温导致硅烷偶联剂的过度缩合和交联。
进一步的，温敏性水凝胶前驱体溶液中氯掺杂的聚吡咯浓度≤10mg/mL，LiCl的质量分数≤8wt%，保证材料吸湿性能的同时避免纳米颗粒和可潮解盐的团聚。
第二方面，本发明提供一种根据上述方法制备的温敏性水凝胶漆。
第三方面，本发明提供一种温敏性水凝胶涂层，利用上述的温敏性水凝胶漆覆盖于羟基化基底上，通过高温固化制得。
进一步的，温敏性水凝胶涂层的制备方法包括如下步骤：
C1.通过氧气等离子体和/或紫外-臭氧处理将目标基底表面羟基化，将温敏性水凝胶漆覆盖于目标基底表面；
C2.对目标基底进行固化，固化温度为80-85℃，固化时间为3-5min；固化后涂层与基底之间形成了共价交联。
进一步的，步骤C2中制得的吸水凝胶涂层的厚度、长度和宽度根据应用环境需求确定，厚度优选为0.2-0.7cm。
第四方面，本发明提供一种上述温敏性水凝胶涂层在大气集水中的应用，其工作原理为白天环境温度高于共聚物网络固有的UCST（15℃）点时，聚合物网络中的氢键断裂，水气被吸附并在凝胶表面液化，随后通过溶胀作用转移至高度亲水的水凝胶网络中，完成从潮湿的空气中吸水过程；在夜晚，环境温度低于凝胶网络UCST（15℃）点时，聚合物网络中的氢键重新形成，溶胀的网络皱缩，从而使水分被挤压出来，最终实现大气水的收集。
进一步的，水凝胶漆的集水环境温度为20-40℃，湿度为40%-90%。
本发明的有益效果在于：
1.本发明温敏性水凝胶漆的制备工艺简单成熟，绿色环保，生产过程中条件温和无需无氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。
2.温敏性水凝胶漆经冻干后成粉末状态，方便储存，溶于水后可再度形成水凝胶漆，使用方便，绿色环保。
3.温敏性水凝胶漆的制备可以通过改变原料的投料比（可聚合单体、吸湿功能分子）来调控材料的温敏性及大气集水性能；相比于现有温敏性集水凝胶材料不理想的集水性能（0.8克/4小时），该温敏性水凝胶漆集水性能有显著提升（110克/4小时），且制备方法简单，易于推广，有利于水资源匮乏地区实现高效集水。
4.温敏性水凝胶漆涂层的制备不受基底材料、覆盖方式及涂层制备环境的限制，有利于推动水凝胶涂层的产业化和日常化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1是氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒的SEM照片。
图2是对比例1的空白对照干凝胶的SEM照片。
图3是实施例1经冻干处理的温敏性水凝胶漆的SEM照片。
图4为PPy-Cl纳米颗粒和冻干温敏性水凝胶漆的XRD图谱。
图5为冻干温敏性水凝胶漆在氯的2p峰处的XRD图谱。
图6为PPy-Cl纳米颗粒、空白对照干凝胶和冻干温敏性水凝胶漆的红外吸收光谱图。
图7为PPy-Cl纳米颗粒、空白对照干凝胶和冻干温敏性水凝胶漆的热重分析结果的热重分析图。
图8为丙烯酰胺：丙烯酸投料比的温敏性水凝胶漆的抗压强度变化曲线图。
图9为不同链转移剂含量的温敏性水凝胶漆的粘度变化曲线图。
图10为温敏性水凝胶漆在不同材质基底上粘附性能结果。
图11为聚丙烯酰胺水凝胶、聚丙烯酸水凝胶以及实施例1温敏性水凝胶漆的溶胀率随温度变化曲线。
图12为聚丙烯酰胺水凝胶、聚丙烯酸水凝胶以及实施例1温敏性水凝胶漆的消溶胀率随温度变化曲线。
图13为氯化锂含量对温敏性水凝胶漆的水汽吸附性能影响曲线。
图14为PPy-Cl纳米颗粒含量对温敏性水凝胶漆的水汽吸附性能影响曲线。
图15为温敏性水凝胶漆的可持续大气集水结果表征。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种温敏性水凝胶漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）：
A1.将0.335mL吡咯与5mL去离子水超声15分钟，均匀混合后得到吡咯水溶液；
A2.将1.05g氯化锂溶解在25mL的1.5mol/L HCl水溶液中，得到LiCl/HCl水溶液；
A3.将吡咯水溶液和5mL的0.01mol/L的过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，并搅拌均匀，滴加速度为每10秒滴加0.05-0.2mL；
A4.在室温（25℃）下进行聚合反应10分钟后，经去离子水洗涤过滤3遍，对制备的氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）进行纯化。最后，将纯化后的PPy-Cl超声分散到去离子水中，即可获得PPy-Cl水溶液。如图1所示，扫描电子显微镜表征结果显示PPy-Cl是具有球状结构的纳米颗粒；接触角表征结果显示PPy-Cl纳米颗粒具有亲水性。
（2）制备温敏性水凝胶漆：
B1.将可聚合单体（0.0568g的丙烯酰胺、82μL的丙烯酸）、吸湿功能分子（5mg的PPy-Cl纳米颗粒、0.04g的氯化锂）以及2μL的3-巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液（四氢呋喃体积比10%)加入1mL的去离子水中，通过超声涡旋制备得到均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；
B2.向温敏性水凝胶漆前驱体溶液中加入5μL的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和0.012g的过硫酸铵，通过涡旋混合均匀；
B3.置于50℃环境下反应20min，即可制备出具有一定粘度的温敏性水凝胶漆。
（3）通过高温固化制备不同尺寸的温敏性凝胶涂层：
C1.通过氧气等离子体将目标基底表面羟基化；根据实际应用场景，按需将温敏性水凝胶漆以任意方式，如喷、刷和涂抹等方式附着于表面羟基化的目标基底上；
C2.将目标基底置于80℃环境中反应固化5分钟，制备获得所需尺寸的温敏性水凝胶漆，用于可持续大气集水。
对比例1
空白对照组的水凝胶漆制备过程与实施例1的温敏性水凝胶漆制备方法B1-B3基本相同，区别仅在于不添加吸湿功能分子PPy-Cl纳米颗粒和氯化锂。
将实施例1和对比例1的水凝胶漆分别冻干后，制取干凝胶粉末并进行表征。对比例1制备的干凝胶扫描电子显微镜结果如图2所示，实施例1冻干的温敏性水凝胶漆的扫描电子显微镜结果如图3所示；对比例1的干凝胶具有表面光滑的多孔结构，可作为微米级的水分子传输通道。对于温敏性水凝胶漆，可以明显观察到多孔凝胶骨架上均匀嵌入了球状纳米颗粒，证明PPy-Cl纳米颗粒均匀掺杂入凝胶骨架中；接触角测试结果表明，相比于空白对照组，掺杂入PPy-Cl纳米颗粒和氯化锂的吸湿水凝胶表面亲水程度显著提高。
对入PPy-Cl纳米颗粒和实施例1的冻干温敏性水凝胶漆进行X射线衍射表征结果如图4所示，对冻干温敏性水凝胶的氯的2P峰处的X射线衍射表征结果如图5所示，掺杂入PPy-Cl纳米颗粒后，冻干温敏性水凝胶显示氯的2p峰，经分峰处理，证明三种形式的氯存在，分别是通过静电作用结合在吡咯环上的氯离子，无机盐中的氯离子以及通过亲电取代共价连接在吡咯环上的氯。
冻干温敏性水凝胶漆（AWHG）、PPy-Cl纳米颗粒（PPy-Cl）和空白对照凝胶（ControlHydrogel）的红外谱图如图6所示，掺杂入PPy-Cl纳米颗粒后，冻干温敏性水凝胶漆不仅在3440左右显示了羟基的伸缩振动峰，且在1550处显示环内碳碳双键的伸缩振动峰，而在1040处显示N-H的面内弯曲振动峰。
对对比例1的空白对照凝胶（Control Hydrogel）、实施例1的冻干温敏性水凝胶漆（AWHG）、PPy-Cl纳米颗粒（PPy-Cl）进行热重分析，热重结果如图7所示，对比例1的空白对照凝胶（Control Hydrogel）未掺杂纳米颗粒及可潮解盐显示出三个阶段的失重，分别对应水分子及未反应单体的降解、聚合物侧链的断裂以及主链的降解，而掺杂纳米颗粒及可潮解盐后的冻干温敏性水凝胶漆（AWHG）在500℃之后的失重速率明显下降，表明掺杂入PPy-Cl纳米颗粒和氯化锂的吸湿水凝胶的热稳定性有所提高。
机械性能测试：
通过万能试验机的压缩测试，进一步评估了丙烯酰胺/丙烯酸比例对温敏性水凝胶漆的机械性能影响，结果如图8所示；可以看出控制纳米颗粒的掺杂量，随丙烯酰胺含量的提高，凝胶的压缩强度显著提升；控制丙烯酰胺/丙烯酸比例，提高纳米颗粒的掺杂量，减少了凝胶网络的交联点，凝胶的压缩强度有所削弱。
粘附性能测试：
通过改变前躯体溶液中链转移剂的含量，可以有效调控凝胶漆的粘度，从而可以满足如刷、涂、喷洒等不同方式的凝胶涂层制备。通过搭接剪切实验，得到的不同含量的链转移剂的粘度和剪切速率的变化，结果如图9所示；将凝胶漆涂在事先经羟基处理后的有机或无机的基底上，在80℃高温固化10分钟后即可制得凝胶涂层；凝胶涂层在不同基底材料上的粘附强度见图10；发现在基底上固化的涂层与基底的粘附强度远远高于涂层通过简单粘附在基底上而产生的粘附强度，证明固化后涂层与基底之间形成了硅氧基交联的粘附强度更强，而简单涂覆。
温敏性能测试：
丙烯酰胺-丙烯酸共聚物骨架具有最高临界共溶温度（UCST），这是由于其中存在大量的分子内及分子间氢键，当环境温度高于UCST时，氢键断裂从而凝胶网络溶胀，而将环境温度降到UCST以下，氢键再次形成从而使凝胶网络皱缩，因此吸湿凝胶具有明显的温敏性能，在不同环境温度下体积变化明显，为后续的可持续大气集水奠定了基础。
首先，固定PPy-Cl纳米颗粒浓度为5mg/mL，氯化锂为6wt%，分别对只加入聚丙烯酰胺（PAAm）的水凝胶漆、只加入聚丙烯酸（PAAC）的水凝胶漆和温敏性水凝胶漆（AWHG）的溶胀性能进行了评估，结果如图11所示。在25℃水环境下，对比于单纯的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸凝胶溶胀现象不明显，而温敏性水凝胶漆（AWHG）的溶胀性能先提高后降低，我们推测这是由于当丙烯酰胺和丙烯酰胺聚合物之间产生的氢键作用最强。
同时，对三种水凝胶漆的消溶胀性能进行了评估，结果如图12所示。对比于单纯的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸凝胶，温敏性水凝胶漆（AWHG）中的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物具有明显的消溶胀性能；凝胶在15℃的消溶胀性能先提高后降低。
水汽吸附性能测试：
基于良好的温敏性能，进一步测试了其水汽吸附能力。水分子首先通过吸湿的PPy-Cl和氯化锂被吸附并在凝胶表面液化，随后通过溶胀作用转移至亲水网络中，最终在凝胶内部实现原位储水。固定环境温度为25℃，湿度为90%，对于空白对照凝胶而言，其凝胶骨架虽然具有显著的水溶胀性能，但无法实现水汽吸附。因此，需进一步评估PPy-Cl和氯化锂含量对温敏性水凝胶漆的水汽吸附性能的影响。
首先，固定PPy-Cl纳米颗粒浓度为5mg/mL，随着氯化锂含量的提高可显著提高凝胶的水汽吸附性能，结果如图13所示，可以看出当氯化锂掺杂量过大时，反而会削弱凝胶水吸附性能，推测是由于凝胶孔道被堵塞，不利于水分子运输。
随后，固定氯化锂的含量为6%，评估了PPy-Cl纳米颗粒浓度对水汽吸附性能的影响；结果如图14所示，随着PPy-Cl纳米颗粒含量的提高可显著提高凝胶的水汽吸附性能，但当掺杂量过大时，反而会削弱凝胶水吸附性能，推测是由于过多的纳米颗粒会堵塞凝胶孔道，不利于水分子运输。
可持续大气集水性能影响：
通过室外实验进一步验证了温敏性水凝胶漆在实际条件下的大气集水能力。将实施例1冻干后的温敏性水凝胶漆样品切成薄片，装入透明的尼龙网袋后，先置于室外（25℃）暴露于空气中进行水收集300min。随后，将吸水后的温敏性水凝胶置于透明容器中，使其在低温（10℃）下收缩60min，储存的水分被挤压留至容器底部，完成集水；之后再将完成集水后的温敏性水凝胶漆置于室外（25℃）暴露于空气中进行水收集120min，将吸水后的温敏性水凝胶置于透明容器中，使其在低温（10℃）下收缩60min；循环5次，检测温敏性水凝胶漆的水分含量，结果如图15所示。
在白天即高于凝胶网络UCST点时，聚合物网络中的氢键断裂，基于吸湿的氯掺杂聚吡咯纳米复合物及可潮解盐，水气可以被吸附并在凝胶表面液化，随后通过溶胀作用转移至高度亲水的凝胶网络中，实现从潮湿的空气中吸收水分；在夜晚即低于凝胶网络UCST点时，聚合物网络中的氢键重新形成，溶胀的网络皱缩，从而使水分被挤压出来，最终实现可持续的大气水收集。
实施例2
一种温敏性水凝胶漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）：
A1.将0.402mL吡咯与5mL去离子水超声15分钟，均匀混合后得到吡咯水溶液；
A2.将1.26g 氯化锂溶解在25mL的1.5mol/L HCl水溶液中，得到LiCl/HCl水溶液；
A3.将吡咯水溶液和5mL的0.01mol/L的过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，并搅拌均匀，滴加速度为每10秒滴加0.05-0.2mL；
A4.在室温下进行聚合反应12分钟后，经去离子水洗涤过滤3遍，对制备的氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）进行纯化。最后，将纯化后的PPy-Cl超声分散到去离子水中，即可获得PPy-Cl水溶液。扫描电子显微镜表征结果显示PPy-Cl是具有球状结构的纳米颗粒。
（2）制备温敏性水凝胶漆：
B1.将可聚合单体（0.0284g的丙烯酰胺、110μL的丙烯酸）、吸湿功能分子（8mgPPy-Cl纳米颗粒、0.06g氯化锂）以及2μL的3-巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液（四氢呋喃体积比10%)加入1mL去离子水中，通过超声涡旋制备得到均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；
B2.向水凝胶漆前驱体溶液中加入5µL的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和0.012g的过硫酸铵，通过涡旋混合均匀；
B3.置于50℃环境下反应20min，即可制备出具有一定粘度的温敏性水凝胶漆。
（3）通过高温固化制备不同尺寸的温敏性凝胶涂层：
C1.通过紫外-臭氧处理将目标基底表面羟基化；根据实际应用场景，按需将水凝胶漆以任意方式，如喷、刷和涂抹等方式附着于表面羟基化的目标基底上；
C2.置于80℃环境中反应固化5分钟，制备获得不同尺寸的温敏性水凝胶漆，用于可持续大气集水。
实施例3
一种温敏性水凝胶漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）：
A1.将0.536mL吡咯与5mL去离子水超声15分钟，均匀混合后得到吡咯水溶液；
A2.将1.68g氯化锂溶解在25mL的1.5mol/L HCl水溶液中，得到LiCl/HCl水溶液；
A3.将吡咯水溶液和5mL的0.01mol/L的过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，并搅拌均匀，滴加速度为每10秒滴加0.05-0.2mL；
A4.在室温下进行聚合反应15分钟后，经去离子水洗涤过滤3遍，对制备的氯掺杂的聚吡咯（PPy-Cl）进行纯化。最后，将纯化后的PPy-Cl超声分散到去离子水中，即可获得PPy-Cl水溶液；扫描电子显微镜表征结果显示PPy-Cl是具有球状结构的纳米颗粒。
（2）制备温敏性水凝胶漆：
B1.将可聚合单体（0.1136g的丙烯酰胺、30μL的丙烯酸）、吸湿功能分子（10mgPPy-Cl纳米颗粒、0.08g 氯化锂）以及2μL的3-巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液（四氢呋喃体积比10%)加入1mL去离子水中，通过超声涡旋制备得到均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；
B2.向水凝胶漆前驱体溶液中加入5µL的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和0.012g的过硫酸铵，通过涡旋混合均匀；
B3.置于50℃环境下反应20min，即可制备出具有一定粘度的温敏性水凝胶漆。
（3）通过高温固化制备不同尺寸的温敏性凝胶涂层：
C1.通过氧气等离子体和紫外-臭氧处理将目标基底表面羟基化；根据实际应用场景，按需将水凝胶漆以任意方式，如喷、刷和涂抹等方式附着于表面羟基化的目标基底上；
C2.置于80℃环境中反应固化5分钟，制备获得不同尺寸的温敏性水凝胶漆，用于可持续大气集水。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒，具体步骤包括：
A1.将吡咯在去离子水中超声分散后得到吡咯水溶液；
A2.将氯化锂溶解于HCl水溶液中得到LiCl/HCl水溶液；
A3.将过硫酸铵作为引发剂溶解于去离子水中得到过硫酸铵水溶液；
A4.将吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液滴加到LiCl/HCl水溶液中，经聚合反应得到氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；
（2）制备温敏性水凝胶漆，具体步骤包括：
B1.将丙烯酰胺、丙烯酸、步骤（1）中制备的氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒、氯化锂和链转移剂3-巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液加入至去离子水中制备均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；丙烯酰胺与丙烯酸的物质的量为1：4-4：1，可聚合单体在前驱体溶液中的浓度为2mol/L，用于构建温敏性能显著的聚合物三维网络；3-巯丙基三甲氧基硅烷与四氢呋喃的体积比控制在9：1，温敏性水凝胶漆前驱体溶液中链转移剂的体积分数为0.2vol%，控制共聚物的交联程度；温敏性水凝胶前驱体溶液中氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒浓度2~8mg/mL，氯化锂的质量分数为4wt%~8wt%；
B2.向温敏性水凝胶漆前躯体溶液中加入3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，并加入过硫酸铵作为引发剂；
B3.将温敏性水凝胶漆前躯体溶液在45-50℃时引发共聚物交联反应，反应时间为15-20min，获得温敏性水凝胶漆。
2. 如权利要求1所述的一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中吡咯与去离子水体积比为0.067-0.12：1，LiCl/HCl水溶液中LiCl和HCl的物质的量比为0.66-1.07：1，过硫酸铵水溶液浓度控制在0.01 mol/L。
3.如权利要求1所述的一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，A4步骤中吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，滴加速度为每10秒滴加0.05-0.2mL。
4.一种采用如权利要求1-3任一所述的制备方法制得的温敏性水凝胶漆。
5.一种温敏性水凝胶涂层，其特征在于，将如权利要求4所述的温敏性水凝胶漆覆盖于羟基化基底上，通过高温固化制得。
6.如权利要求5所述的温敏性水凝胶涂层，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
C1.通过氧气等离子体和/或紫外-臭氧处理将目标基底表面羟基化，将温敏性水凝胶漆覆盖于目标基底表面；
C2.对目标基底进行固化，固化温度为80-85℃，固化时间为3-5min。
7.一种如权利要求5所述温敏性水凝胶涂层在大气集水中的应用。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |