一種透明超疏水涂料及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種透明超疏水涂料及其應用。
【背景技術】
[0002]
超疏水現象在自然界廣泛存在，如荷葉表面、蝴蝶翅膀、水黽腿等。超疏水表面一般指材料表面對水的接觸角大于150°、滾動角小于10°的表面。超疏水表面具有很多獨特的優異的表面性能:疏水、自清潔性、防腐、抗結冰、防霧等，使得其在眾多領域都具有巨大的應用前景。
[0003]透明的超疏水涂層具有良好的可見光透過性和疏水性，可以將其應用于各種生活用品中，比如汽車、飛機、航天器等擋風玻璃上，當雨水落到玻璃上時，會快速的滾落而不粘附在玻璃上，同時帶走玻璃上大量的灰塵；也可以應用于太陽能電池表面，使其保持較高的光吸收效率。透明超疏水涂層應用在高層建筑的表面和玻璃上，可以減少清潔次數，降低清潔費用且避免了高空作業的危險。另一方面，自修復性涂料往往具有更長的使用壽命以及更廣的應用空間，環境等限制因素較少。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種透明超疏水涂料及其應用。
[0005]一種透明超疏水涂料，其特征在于該涂料通過以下步驟制備得到:
A.有機-無機復合凝膠的制備:將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其PH值調至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5 h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠；
B.疏水物質修飾:在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90°C中反應10-14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠；
C.超疏水涂料的制備:將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60°C干燥6-10h移除溶劑和殘余反應物，然后研磨得到形貌為三維網絡結構、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。
[0006]所述首次加入的氨水的濃度為0.02 M，與硅酸酯的體積比為3:2 ;第二次加入的氨水的體積百分數為25%-28%，與硅酸酯的體積比為3:1O0
[0007]所述鹽酸多巴胺與硅酸酯的質量比為1:200-1:250。
[0008]所述極性溶劑為甲醇；所述鹽酸的濃度為0.1 M。
[0009]所述硅甲基修飾劑與硅酸酯的體積比為3:2，與正己烷的體積比為3:20。
[0010]所述硅酸酯為正硅酸乙酯。
[0011]所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。
[0012]所述超疏水涂料的濃度為I g/L-4 g/Lo
[0013]將上述超疏水涂料噴涂至基底上晾干即可得到可自修復的透明超疏水涂層。
[0014]所述基底為銅網、織布、玻片、海綿、泡沫、木頭、塑料、鋁箔或濾紙。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1、本發明所述涂料的制備工藝簡單，無高溫高壓需要，原料易得，無毒環保，成本低廉。
[0016]2、本發明所述涂料噴涂至基底上所得涂層對水的接觸角大于150°，滾動角小于10°，適用于各種干凈基底。
[0017]3、本發明所述涂料由三維網絡狀的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠制得，因此其涂層具有機械強度大、附著力強以及使用壽命長的優點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明所述超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末的透射電鏡圖，其中a為低分辨率透射電鏡圖，b為高分辨率透射電鏡圖。可見超疏水有機-無機復合凝膠粉末的形貌為三維網絡結構，其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒。
[0019]圖2為本發明實施例1所得超疏水銅網的掃描電鏡圖。其中a為低分辨率掃描電鏡圖，b為高分辨率掃描電鏡圖。可見在低分辨率下超疏水銅網表面并沒有顯示出明顯的粗糙結構，但是在高分辨率下可以看見粒徑為30-40 nm的二氧化娃顆粒。
[0020]圖3為本發明實施例1所得超疏水銅網的水接觸角。接觸角值可達160°。
[0021 ] 圖4為本發明實施例3所得超疏水銅網的接觸角自修復循環圖。
[0022]圖5為本發明實施例2所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片光學圖片，從左到右濃度分別為I g/L，2.5 g/L，4 g/L。可見超疏水載玻片表現出良好的透明性，可以清楚的看清載玻片下方的英文。
[0023]圖6為本發明實施例2所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片透光率。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
(I)有機-無機復合凝膠的制備:
將5 mL正硅酸乙酯(TEOS)溶于10 mL甲醇中，在磁力攪拌下再將10 mL甲醇與7.5mL的氨水(0.02 M)混合溶液加入其中。往該體系中逐滴加入3.5 mL的鹽酸溶液(0.1 M)將溶液pH值調至5。往此溶液中加入0.02 g鹽酸多巴胺(DOPA)粉末，磁力攪拌3 h，再將1.5 mL氨水(體積分數25%-28%)逐滴緩慢滴入溶液中，陳化12 h，從而得到聚多巴胺-二氧化硅凝膠。
[0025](2)疏水物質修飾:
將步驟(I)中獲得的復合凝膠全部轉移至反應釜中，加入50 mL的正己烷溶劑及7.5mL六甲基二硅胺烷，置于80°C中反應10 ho取出后，抽濾后再用正丙醇清洗兩次，從而完成疏水物質修飾步驟。
[0026](3 )超疏水涂料制備:
將步驟(2)中獲得的超疏水凝膠置于烘箱，60°C干燥6 h，目的是移除溶劑和殘余反應物。再將干凝膠研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅復合凝膠粉末。將粉末分散于乙醇中超聲10 min配成濃度為2.5 g/L的超疏水涂料，室溫下超聲15 min。所得復合粉末的透射電鏡圖片如圖1所示。
[0027](4)涂料噴涂:
將步驟(3)中獲得的超疏水涂料轉移至噴瓶中，噴至干凈的銅網(400目)上。室溫下晾干，從而得到了超疏水銅網。所得涂層掃描電鏡圖片如圖2所示，所得超疏水銅網的水接觸角圖片如圖3所示。
[0028]實施例2
(I)有機-無機復合凝膠的制備:
將5 mL正硅酸乙酯(TEOS)溶于10 mL甲醇中，在磁力攪拌下再將10 mL甲醇與7.5mL的氨水(0.02 M)混合溶液加入其中。往該體系中逐滴加入3.5 mL的鹽酸溶液(0.1 M)將溶液pH值調至5。往此溶液中加入0.02 g鹽酸多巴胺(DOPA)粉末，磁力攪拌3 h，再將
1.5 mL氨水(體積分數為25%-28%)逐滴緩慢滴入溶液中，陳化12 h，從而得到聚多巴胺-二氧化硅凝膠。
[0029](2)疏水物質修飾:
將步驟(I)中獲得的復合凝膠全部轉移至反應釜中，加入50 mL的正己烷溶劑及7.5mL六甲基二硅胺烷，置于80°C中反應10 ho取出后，抽濾后再用正丙醇清洗兩次，從而完成疏水物質修飾步驟。
[0030](3 )超疏水涂料制備:
將步驟(2)中獲得的超疏水凝膠置于烘箱，60°C干燥8 h，目的是移除溶劑和殘余反應物。再將干凝膠研磨，得超疏水聚多巴胺-二氧化硅復合凝膠粉末。取一定量粉末分散于乙醇中超聲10 min配成濃度分別為I g/L，2.5 g/L, 4 g/L的超疏水涂料，室溫下超聲15
mino
[0031](4)涂料噴涂:
將步驟(3)中獲得的不同濃度超疏水涂料分別轉移至噴瓶中，噴至干凈的載玻片上，重復兩次。室溫下晾干，從而得到了超疏水透明載玻片。其接觸角可達155°。所得不同濃度噴涂的超疏水載玻片光學圖片如圖5所示，所得透明超疏水載玻片透光率如圖6所示。同樣的，將超疏水涂料噴涂到濾紙，織物，海綿，泡沫，鋁箔，塑料，木頭上可以得到不同的超疏水表面，其接觸角分別為 153°，155°，152°，153°，154°，157°，152°。
[0032]實施例3
將超疏水涂料噴涂于銅網(400目)上，再將其置于I M的鹽酸溶液中，10 s后拿出洗凈，其超疏水性喪失。再將其置于三氯甲烷、環己烷、丙酮或者1，2-二氯乙烷中，60 s后取出洗凈晾干其超疏水性恢復。此過程循環八次，效果依舊良好。其接觸角循環圖如圖4所示。同樣的，將超疏水涂料噴涂于織布上，再將其用鎳泡沫打磨，其超疏水性喪失。再將其置于三氯甲烷、環己烷、丙酮或者1，2- 二氯乙烷中，180 s后取出洗凈晾干其超疏水性恢復。
【主權項】
1.一種透明超疏水涂料，其特征在于該涂料通過以下步驟制備得到: A.有機-無機復合凝膠的制備:將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其PH值調至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5 h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14 h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠； B.疏水物質修飾:在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90°C中反應10-14 h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠； C.超疏水涂料的制備:將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60°C干燥6-10h，然后研磨得到形貌為三維網絡結構、其中包裹有30-40 nm的二氧化硅顆粒的超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。2.如權利要求1所述的涂料，其特征在于所述首次加入的氨水的濃度為0.02 M，與硅酸酯的體積比為3:2 ;第二次加入的氨水的體積百分數為25%-28%，與硅酸酯的體積比為3:10。3.如權利要求1所述的涂料，其特征在于所述鹽酸多巴胺與硅酸酯的質量比為1:200-1:250。4.如權利要求1所述的涂料，其特征在于所述極性溶劑為甲醇；所述鹽酸的濃度為0.1M05.如權利要求1所述的涂料，其特征在于所述硅甲基修飾劑與硅酸酯的體積比為3:2，與正己烷的體積比為3:20。6.如權利要求1、2、3或5所述的涂料，其特征在于所述硅酸酯為正硅酸乙酯。7.如權利要求1或5所述的涂料，其特征在于所述硅甲基修飾劑為六甲基二硅胺烷。8.如權利要求1所述的涂料，其特征在于所述超疏水涂料的濃度為Ig/L-4 g/Lo9.如權利要求1所述涂料的應用，其特征在于將涂料噴涂至基底上晾干即得到可自修復的透明超疏水涂層。10.如權利要求9所述的應用，其特征在于所述基底為銅網、織布、玻片、海綿、泡沫、木頭、塑料、鋁箔或濾紙。
【專利摘要】本發明公開了一種透明超疏水涂料，該涂料通過以下步驟制備得到：將硅酸酯溶于極性溶劑中，在攪拌條件下向其中加入氨水作為催化劑，用鹽酸將其pH值調至5-6，然后加入鹽酸多巴胺粉末攪拌3-5？h，再次加入催化劑氨水后陳化12-14？h即得聚多巴胺-二氧化硅凝膠；在聚多巴胺-二氧化硅凝膠中加入正己烷和硅甲基修飾劑，置于70-90℃中反應10-14？h，然后抽濾、用正丙醇清洗即得超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠；將超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠在40-60℃干燥6-10？h，然后研磨得到超疏水聚多巴胺-二氧化硅凝膠粉末，將粉末分散于乙醇得到超疏水涂料。本發明還公開了該涂料噴涂到基底上作為透明超疏水涂層的應用。本發明所述涂料制備工藝簡單，無毒環保，成本低廉。
【IPC分類】C09D187/00, C08G83/00
【公開號】CN105062360
【申請號】CN201510508485
【發明人】郭志光, 司一帆
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月19日