一種可自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明提供一種可自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水材料是指材料表面與水的接觸角大于150°，且滾動角小于5°，無論是在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)生產(chǎn)中，都引起了廣泛的關(guān)注。然而，在外界環(huán)境影響下，超疏水表面容易出現(xiàn)破損或者材料本體發(fā)生斷裂，會導(dǎo)致材料失去超疏水特性，這種較差的耐用性極大的限制了超疏水材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]自修復(fù)材料主要受生物體的自愈合能力啟發(fā)而產(chǎn)生。當(dāng)材料受到外界損傷后，可以重新修復(fù)受損處，從而延長材料的使用壽命以及設(shè)備的安全性能。
[0004]目前，利用超分子化學(xué)原理設(shè)計新型超分子結(jié)構(gòu)已成為化學(xué)工作者日益重視的創(chuàng)造新物質(zhì)的新途徑，作為主客體化學(xué)中的主體分子，環(huán)糊精(CD)及其衍生物可以選擇性的與多種有機(jī)分子發(fā)生主客體作用。通過控制基于這種主客體作用的超分子結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)材料的自修復(fù)性能，以及其它性能，如光響應(yīng)，氣體響應(yīng)等等。
[0005]硅氧烷或者含氯硅烷可以在液態(tài)水或者氣態(tài)水的作用下發(fā)生水解作用，在材料表面形成一層低表面層，降低材料表面的自由能，提高材料的疏水性能，是材料疏水化處理過程常見的低表面能物質(zhì)。
[0006]本方法充分結(jié)合凝膠的自修復(fù)性能及氯硅烷的化學(xué)特性，制備出具有自修復(fù)性能的超疏水凝膠。凝膠的自修復(fù)能力主要來源于乙烯基咪唑結(jié)構(gòu)中的含氮五元環(huán)與環(huán)糊精之間的主客體作用；其疏水性能來源于氯硅烷對其表面的修飾。該凝膠具有較好疏水性能，同時，又有較高的修復(fù)效率，達(dá)到80%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種可自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的之二是將該自修復(fù)超疏水凝膠應(yīng)用于自清潔表面上。。
[0009]本發(fā)明的這些目的將通過下列詳細(xì)描述和說明進(jìn)一步體現(xiàn)和闡述。
[0010]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0011]—種可自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，利用主客體作用及原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)法，通過引發(fā)劑及催化劑的引發(fā)催化溶液中單體發(fā)生反應(yīng)，制備出具有自修復(fù)性能的凝膠，經(jīng)過低表面能物質(zhì)修復(fù)后，可以制備出具有自修復(fù)特性的超疏水凝膠。
[0012]上述可自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法具體步驟為:
[0013]a)將乙烯基咪唑(VI)，含雙鍵的有機(jī)單體，葫蘆脲、環(huán)糊精及其衍生物，交聯(lián)劑，氧化劑及催化劑于燒杯中混合均勻；
[0014]b)加入引發(fā)劑，在一定條件下反應(yīng)一段時間；
[0015]c)可繼續(xù)加入催化劑反應(yīng)一段時間，促進(jìn)凝膠的形成；
[0016]d)將低表面能物質(zhì)溶解于溶劑中，c)中形成的凝膠置入其中，反應(yīng)一段時間后取出烘干。
[0017]所述的環(huán)糊精及其衍生物為α -環(huán)糊精、β -環(huán)糊精、γ -環(huán)糊精以及基于環(huán)糊精合成物；葫蘆脲及其衍生物為葫蘆脲[5]、葫蘆脲[6]、葫蘆脲[7]、葫蘆脲[8]以及基于葫蘆脲的合成物，濃度為總反應(yīng)物質(zhì)量的I?40wt%。
[0018]所述含雙鍵的有機(jī)單體為丙烯酸、丙烯酰胺、異丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸十八烷基酯等，濃度為總反應(yīng)物質(zhì)量的20?90wt%。
[0019]所述的氧化劑為過硫酸胺、偶氮二異丁腈、溴代乙酸乙酯、重鉻酸鉀、過氧化二苯甲酰，濃度為總反應(yīng)物質(zhì)量的0.01?2wt%。
[0020]所述催化劑為1，10-鄰二氮菲、溴化亞銅、四甲基乙二胺，濃度為總反應(yīng)物質(zhì)量的0.001 ?2wt%o
[0021]所述低表面能物質(zhì)為甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷、1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷等，濃度為0.002 ?10% (V/V) ο
[0022]所述低表面能物質(zhì)修飾后，自修復(fù)凝膠的烘干溫度為10?100°C。
[0023]所述具有自修復(fù)特性的超疏水凝膠可以在凝膠發(fā)生斷裂后，經(jīng)過簡單的對接吻合，可重新修復(fù)斷裂處，并恢復(fù)斷裂處超疏水特性。造成斷裂的方式可以是任何一種由外力造成的破壞。
[0024]所述加入引發(fā)劑，在一定條件下反應(yīng)一段時間。一定條件是指反應(yīng)溫度由10?90°C，反應(yīng)可以處于真空或者非真空當(dāng)中反應(yīng)；一段時間是指反應(yīng)時間為0.25?48h。
具體實施方案
[0025]實施案例一
[0026]1.乙烯基咪唑(V1: 3.0g)，丙烯酸羥丙酯(HPA，2.0g)，甲基雙丙烯酰胺(MBAA，0.0019g), β-環(huán)糊精(0.3g)，過硫酸胺(APS，0.0315g)，四甲基乙二胺(TMEDA，0.007g)，將上述反應(yīng)物加入到燒杯中并混合均勻，于水浴中反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度為60°C。凝膠形成后，取出備用。
[0027]2.將ImL甲基三氯硅烷溶解于50mL正己烷中，并將I)中凝膠置于該溶液中，反應(yīng)12h后，取出并于60°C下烘干備用。
[0028]經(jīng)過反復(fù)的切斷/修復(fù)過程發(fā)現(xiàn)，凝膠仍可以保持其超疏水特性，并且，修復(fù)效率可以達(dá)到80%以上。
[0029]實施案例二
[0030]1.乙烯基咪唑(V1: 3.0g)，丙烯酸羥丙酯(HPA，2.0g)，甲基雙丙烯酰胺(MBAA，
0.005g)，β -環(huán)糊精(0.3g)，過硫酸胺(APS, 0.0315g)，四甲基乙二胺(TMEDA’0.007g)，將上述反應(yīng)物加入到燒杯中并混合均勻，于水浴中反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度為60°C。凝膠形成后，取出備用。
[0031]2.將ImL甲基三氯硅烷溶解于50mL正己烷中，并將I)中凝膠置于該溶液中，反應(yīng)12h后，取出并于60°C下烘干備用。
[0032]經(jīng)過反復(fù)的切斷/修復(fù)過程發(fā)現(xiàn)，凝膠仍可以保持其超疏水特性，并且，修復(fù)效率可以達(dá)到75%以上。
[0033]實施案例三
[0034]1.乙烯基咪唑(V1: 3.0g)，丙烯酸羥丙酯(HPA，2.0g)，甲基雙丙烯酰胺(MBAA，
0.002g)，葫蘆脲[8] (0.2g)，過硫酸胺(APS，0.0315g)將上述反應(yīng)物加入到燒杯中并混合均勻，于真空中反應(yīng)25min，反應(yīng)溫度為60°C。，然后，加入四甲基乙二胺(TMEDA，0.007g)，反應(yīng)2h，將形成的凝膠取出備用。
[0035]2.將ImL甲基三氯硅烷溶解于50mL正己烷中，并將I)中凝膠置于該溶液中，反應(yīng)12h后，取出并于60°C下烘干備用。
[0036]經(jīng)過反復(fù)的切斷/修復(fù)過程發(fā)現(xiàn)，凝膠仍可以保持其超疏水特性，并且，修復(fù)效率可以達(dá)到85%以上。
【主權(quán)項】
1.一種自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，利用主客體相互作用，以1-乙烯基咪唑，葫蘆脲、環(huán)糊精及其衍生物，含雙鍵的有機(jī)單體(如丙烯酸羥丙酯)等為原料，以原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)法，通過引發(fā)劑及催化劑的引發(fā)催化溶液中單體發(fā)生反應(yīng)，制備出具有自修復(fù)性能的凝膠，經(jīng)過低表面能物質(zhì)修復(fù)后，可以制備出具有自修復(fù)特性的超疏水凝膠。2.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，具體步驟為: a)將乙烯基咪唑(VI)，含雙鍵的有機(jī)單體，葫蘆脲、環(huán)糊精及其衍生物，交聯(lián)劑，氧化劑及催化劑于燒杯中混合均勻； b)加入引發(fā)劑，在一定條件下反應(yīng)一段時間； c)可繼續(xù)加入催化劑反應(yīng)一段時間，促進(jìn)凝膠的形成； d)將低表面能物質(zhì)溶解于溶劑中，c)中形成的凝膠置入其中，反應(yīng)一段時間后取出烘干。3.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的環(huán)糊精及其衍生物為α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、γ-環(huán)糊精以及基于環(huán)糊精合成物。葫蘆脲及其衍生物為葫蘆脲[5]、葫蘆脲[6]、葫蘆脲[7]、葫蘆脲[8]以及基于葫蘆脲的合成物。4.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，所述含雙鍵的有機(jī)單體為丙烯酸、丙烯酰胺、異丙基丙烯酰胺、烯丙苯、苯乙烯、庚烯、油胺、油酸、甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸十八烷基酯等。5.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，所述的氧化劑為過硫酸胺、偶氮二異丁腈、溴代乙酸乙酯、重鉻酸鉀、過氧化二苯甲酰。6.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，催化劑為1，10-鄰二氮菲、溴化亞銅、四甲基乙二胺。7.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，低表面能物質(zhì)為甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷、1Η，1Η, 2Η, 2Η-全氟癸基三氯硅烷、三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷等。8.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，低表面能物質(zhì)修飾后的烘干溫度為10?100 °C。9.權(quán)利要求1所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法，其特征在于，具有自修復(fù)特性的超疏水凝膠可以在凝膠發(fā)生斷裂后，經(jīng)過簡單的對接吻合，可重新修復(fù)斷裂處，并恢復(fù)斷裂處超疏水特性。10.權(quán)利要求2所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法的具體步驟，其特征在于，b)中在一定條件下反應(yīng)一段時間，該條件可以是低溫，室溫或者高溫，并且，反應(yīng)過程中，可以在真空或者非真空中反應(yīng)。11.權(quán)利要求2所述自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法的具體步驟，其特征在于，d)中所述溶劑為正己烷，正辛烷，正庚烷，正癸烷，正壬烷，正十一烷，正十二烷，甲苯，丙酮，環(huán)己烷。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自修復(fù)超疏水凝膠的制備方法。利用主客體相互作用，以1-乙烯基咪唑，環(huán)糊精，丙烯酸羥丙酯等為原料，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)法制備出具有自修復(fù)性能的凝膠，經(jīng)過低表面能物質(zhì)修復(fù)后，可以制備出具有超疏水特性的凝膠。該凝膠的水接觸角可以達(dá)到150°以上，當(dāng)疏水凝膠發(fā)生斷裂后，經(jīng)過簡單的對接就可以重新修復(fù)斷裂處且斷裂處水接觸角仍然可以達(dá)到150°以上。
【IPC分類】C08L39/04, C08L51/02, C08F220/28, C08F226/06, C08J3/075, C08F222/38, C08F251/00
【公開號】CN105061783
【申請?zhí)枴緾N201510475715
【發(fā)明人】王永龍
【申請人】王永龍
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月6日