一種具有自修復(fù)功能的自清潔材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有自修復(fù)功能的自清潔材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中存在很多具有自清潔特性的例子，最典型的就是荷葉。水珠在荷葉表面自由滾動(dòng)時(shí)，可將荷葉表面的灰塵等污染物顆粒帶走，從而使荷葉表面保持潔凈，人們將荷葉表面的這種自清潔特性稱作“荷葉效應(yīng)”。研究發(fā)現(xiàn)，荷葉表面的微米-納米雙級(jí)結(jié)構(gòu)及其疏水性低表面能物質(zhì)的綜合作用是其自清潔特性實(shí)現(xiàn)的根本原因。自清潔表面因具有防污、清潔、不粘等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)和日常生活中受到廣泛關(guān)注。受荷葉的啟發(fā)，人們以織物表面纖維形成的粗糙結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在其微米級(jí)表面構(gòu)建納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，獲得微米-納米雙級(jí)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)低表面能物質(zhì)修飾從而獲得具有自清潔特性的織物。該類織物可廣泛用于防水、防油、防污等服裝及裝飾材料，具有廣闊的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用前景。但是，當(dāng)該類織物受到機(jī)械刮擦、磨損或者受到化學(xué)作用破壞時(shí)，很容易失去其疏水功能而導(dǎo)致其自清潔特性的喪失，這使得該類自清潔織物的使用受到了很大限制。但可選擇引入具有高粘附性的材料與表面結(jié)合牢固以解決此問(wèn)題；2007年P(guān)hillip B.Messersmith在Science期刊上報(bào)道聚多巴胺可以沉積到各種基底表面(Science，2007，318，426-430)?？蛇x用聚多巴胺作為粘結(jié)層以提高材料與基底的結(jié)合力，并且可簡(jiǎn)便高效的將多巴胺的氧化聚合與模板法結(jié)合制備聚多巴胺膠囊，研究其緩釋行為(Chem.Commun.2009, 6789-6791);而表面自清潔功能的喪失問(wèn)題，可采用自修復(fù)這一行之有效的方法，可使破壞的表面自行修復(fù)，提高長(zhǎng)效穩(wěn)定性及使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠多次自修復(fù)的具有自修復(fù)功能的自清潔材料。
[0004]一種具有自修復(fù)功能的自清潔材料，其特征在于:該材料由40-70 wt%聚多巴胺膠囊壁和30-60 wt%低表面能芯材組成。
[0005]所述低表面能芯材為長(zhǎng)鏈烷烴及其衍生物，具體選自十六胺、十六烷、十二烷基硫醇、十八胺、十二胺、十二烷、己基硫醇、硅油或含氟化合物。
[0006]具有自修復(fù)功能的自清潔材料的制備方法:將低表面能芯材的超聲乳化液加到多巴胺溶液中，靜置即可得到具有自修復(fù)功能的自清潔材料。
[0007]所述具有自修復(fù)功能的自清潔材料的膠囊尺寸為50 nm-5 Pm。
[0008]所述具有自修復(fù)功能的自清潔材料可原位聚合沉積到基底表面，所述基底為玻璃、木材、織物、塑料、橡膠或金屬網(wǎng)。
[0009]具有自修復(fù)功能的自清潔材料表面可通過(guò)等離子體處理、原子氧輻照、砂紙打磨、紫外光照射等方式破壞其表面的疏水性，自清潔材料表面破壞后可室溫放置自行恢復(fù)或加熱一定溫度恢復(fù)表面的疏水性，恢復(fù)時(shí)間為10-50分鐘，而且該自清潔材料表面破壞-恢復(fù)循環(huán)次數(shù)最高可達(dá)上千次，可改善表面的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)自清潔材料可沉積在各種基底表面:光滑表面、具有微觀結(jié)構(gòu)的表面；親水表面、疏水表面；(2)所涉及的制備工藝簡(jiǎn)單，采用氧化聚合的方法制備原位膠囊化的低表面材料；(3)表面具有優(yōu)異的防污自清潔效果，表面不粘水潰、牛奶、果汁、咖啡等，表面的灰塵可經(jīng)水沖洗掉，而表面不被水潤(rùn)濕；(4)表面經(jīng)破壞后可進(jìn)行上千次的自清潔功能的修復(fù):表面經(jīng)過(guò)打磨、等離子體、輻照破壞后，表面的自清潔功能均可修復(fù)；(5)自清潔材料修飾的織物表面與基底結(jié)合牢固:表面經(jīng)洗衣機(jī)洗滌50次后，表面自清潔功能基本未發(fā)生任何改變。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為各種表面修飾自修復(fù)的低表面能自清潔材料后的潤(rùn)濕行為。a_織物，b_海綿，C-打印紙，d-PET，e-玻璃。
[0012]圖2為表面磨損后的修復(fù)行為。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
將十八胺水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到2.0 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的織物，放置3 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的織物，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為750 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水、果汁等的接觸角大于150°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面用等離子體處理后，表面由超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水表面，在室溫放置10 h或者加熱處理30 min表面的超疏水性得以恢復(fù)。而且經(jīng)100次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復(fù)。
[0014]實(shí)施例2
將十六烷水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到0.5 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的織物，放置2 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的織物，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為100 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水、果汁等的接觸角大于150°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面經(jīng)過(guò)I N的載荷摩擦后，表面由超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水表面，在室溫放置6 h或者加熱處理10 min表面的超疏水性得以恢復(fù)。而且經(jīng)1000次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復(fù)。
[0015]實(shí)施例3
將己基硫醇水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到0.2 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的織物，放置2h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的織物，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為50 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水、果汁等的接觸角大于150°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面經(jīng)過(guò)砂紙打磨后，表面由超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水表面，在室溫放置6 h或者加熱處理10 min表面的超疏水性得以恢復(fù)。而且經(jīng)1000次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復(fù)。
[0016]實(shí)施例4
將甲基硅油水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到3.0 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的織物，放置2 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的織物，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為2.5 Mffl，干燥后的樣品表面對(duì)水、果汁等的接觸角大于150°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面在洗衣機(jī)內(nèi)洗滌50次后，表面仍然保持超水性。
[0017]實(shí)施例5
將十六烷水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到1.0 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的玻璃，放置2h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的玻璃，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為460 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水的接觸角為110°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，另外表面放置一些土，將水滴滴到表面，表面的土?xí)凰疀_走，表面具有自清潔功能。
[0018]實(shí)施例6
將全氟辛烷水溶液超聲乳化后，將乳化液加入到4.0 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，放置10 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的PET，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為4.7 Mffl，干燥后的樣品表面對(duì)水的接觸角為118°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡、食用油等均各種葉滴不粘。
[0019]實(shí)施例7
將液體石蠟溶液超聲乳化后，將乳化液加入到1.5 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入干凈的玻璃，放置20 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的玻璃，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為630 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水的接觸角為112°，表面對(duì)水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，另外表面放置一些土，將水滴滴到表面，表面的土?xí)凰疀_走，表面具有自清潔功能。
[0020]實(shí)施例8
將液體石蠟溶液超聲乳化后，將乳化液加入到1.5 mg/mL的多巴胺溶液中，并將溶液中放入海綿，放置20 h后，得到表面修飾膠囊化的十八胺的海綿，最后采用蒸餾水反復(fù)沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為630 nm，干燥后的樣品表面對(duì)水的接觸角為152°，這種多孔的超疏水表面可以進(jìn)行油水分離。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自修復(fù)功能的自清潔材料，其特征在于:該材料由40-70 wt%聚多巴胺膠囊壁和30-60 wt%低表面能芯材組成。2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述低表面能芯材為長(zhǎng)鏈烷烴及其衍生物。3.如權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于:所述長(zhǎng)鏈烷烴及其衍生物為十六胺、十六烷、十二烷基硫醇、十八胺、十二胺、十二烷、己基硫醇、硅油或含氟化合物。4.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述材料的膠囊尺寸為50nm-5 Mm。5.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述材料可原位聚合沉積到基底表面，所述基底為玻璃、木材、織物、塑料、橡膠或金屬網(wǎng)。6.如權(quán)利要求1所述材料的制備方法，其特征在于:將低表面能芯材的超聲乳化液加至眵巴胺溶液中，靜置即可得到具有自修復(fù)功能的自清潔材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有自修復(fù)功能的自清潔材料，該材料由40-70？wt%聚多巴胺膠囊壁和30-60？wt%低表面能芯材組成，將低表面能芯材的超聲乳化液加到多巴胺溶液中，靜置即可得到具有自修復(fù)功能的自清潔材料。本發(fā)明所述材料可沉積在各種基底表面，具有優(yōu)異的防污自清潔效果，表面經(jīng)破壞后可進(jìn)行上千次的自清潔功能的修復(fù)。
【IPC分類】C09K3/18, D06M15/643, C03C17/00, D06M13/252, D06M13/328, C08J7/00, D06M13/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105670565
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】于波, 劉艷花, 劉玉鵬, 劉志魯, 周峰, 劉維民
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日