綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及疏油涂層技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，包括基底表面浸泡或攤涂海藻酸鈉溶液的步驟，以及將處理過的基底表面放入CaCl2溶液中得到海藻酸鈣涂層的步驟；還公開了上述方法制得的涂層；本發(fā)明的有益效果：可用于海洋防污涂料、油/水分離、石油管道處理以及流體減阻、生物粘附、微流體技術(shù)和食品容器等領(lǐng)域；方法簡便，涂層的尺寸可控，對(duì)于任意形狀、化學(xué)組成和性質(zhì)的基底均適用；改變制備方法還可獲得不依賴于基底的水下超疏油薄膜，所用原料現(xiàn)成便宜，對(duì)環(huán)境無污染、安全無毒，不需要特殊設(shè)備，與目前價(jià)格昂貴、有毒有害且水下會(huì)喪失超疏油性質(zhì)的含氟物質(zhì)相比，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及疏油涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從工業(yè)領(lǐng)域到廚房，許多領(lǐng)域中，油粘附是一個(gè)很大限制因素。疏油表面在海洋防污涂料、油/水分離、工業(yè)金屬清洗、石油管道處理以及流體減阻、生物粘附、微流體技術(shù)和食品容器應(yīng)用中有很高的期望和很大的應(yīng)用前景。雖然疏油表面的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但疏油這一性質(zhì)還有所欠缺。最近一些研究通過將氟化液注入指定位置制備得到超疏油多孔氟化膜表面。這種膜的制備大多數(shù)基底的處理很繁瑣，而且只能在少數(shù)材料上制備，如紡織品、玻璃、硅片、硅石和網(wǎng)狀物上。此外，含氟化學(xué)品的過量使用可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的污染，這限制了它們的應(yīng)用。一種理想的疏油涂層應(yīng)該對(duì)多種油都有疏油性質(zhì)，而且制備過程簡單，不依賴于基底材料的大小、形狀和組成，制備使用材料對(duì)環(huán)境友好、無污染。
[0003]海藻酸鈉是一種天然的聚陰離子多糖，從棕色海藻中提取并且是公認(rèn)安全物質(zhì)(FDA)。它的涂層可以作為抗微生物化合物和抗氧化劑的載體，以保持食品的表面上的高濃度的防腐劑。它是便宜、有生物相容性、對(duì)環(huán)境無害的生物聚合物，在生物技術(shù)行業(yè)如無毒食品添加劑，增稠劑，膠凝劑，乳化劑和膠體穩(wěn)定劑的方面具有廣泛應(yīng)用。海藻酸鈉可交聯(lián)多價(jià)金屬陽離子如Ca2 +并產(chǎn)生強(qiáng)烈的凝膠，已廣泛應(yīng)用于組織工程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是克服傳統(tǒng)疏油涂層材料制備繁瑣，依賴基底，污染環(huán)境等不足之處，提供了一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，使用安全無毒的海藻酸鈉作為實(shí)驗(yàn)原材料，通過簡單不依賴基底的制備方法，制備出了環(huán)境友好，疏油效果良好的材料，繼而可以廣泛的應(yīng)用于海洋防污涂料、油/水分離、工業(yè)金屬清洗、石油管道處理以及流體減阻、生物粘附、微流體技術(shù)和食品容器等方面。
[0005]本發(fā)明一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，包括: 步驟一、基底表面浸泡或攤涂海藻酸鈉溶液；
步驟二、將處理過的基底表面放入CaCl2溶液中得到海藻酸鈣涂層。
[0006]進(jìn)一步的，步驟一之前，還包括基底表面的預(yù)處理:首先分別用去離子水，丙酮，乙醇使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下將玻璃片超聲10-15分鐘，然后用去離子水沖洗3-5遍后放在體積比H2O2 = H2SO4為1:3的溶液中加熱1-1.5h，用去離子水沖洗3遍去除殘留溶液，用氮?dú)獯蹈?，等離子體處理。
[0007]進(jìn)一步的，步驟一中海藻酸鈉溶液的配制:海藻酸鈉以質(zhì)量濃度1.5g/100ml溶于去離子水;步驟二中CaCl2溶液的質(zhì)量濃度為10%。
[0008]進(jìn)一步的，所述基底的材質(zhì)為玻璃、硅片、硅石、鋼片、云母、PET;基底的大小、形狀和組成根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0009]進(jìn)一步的，所述基底為食品容器內(nèi)壁。
[0010]—種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層，水下超疏油涂層材料為海藻酸鈣。
[0011]進(jìn)一步的，水下超疏油涂層由上述的制備方法制得本發(fā)明的有益效果為:
(1)水下超疏油涂層的基底可以是任意大小、形狀和組成，具有普適性；
(2)對(duì)多種油都有穩(wěn)定的水下超疏油性質(zhì)；
(3)制備方法簡單，所使用的原料環(huán)境友好，安全無毒；
(4)設(shè)備簡單，材料廉價(jià)；
(5 )可廣泛應(yīng)用于海洋防污涂料、油/水分離、工業(yè)金屬清洗、石油管道處理以及流體減阻、生物粘附、微流體技術(shù)和食品容器等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的海藻酸鈣涂層的掃描電子顯微鏡圖片及接觸角圖片。
[0013]其中:a)掃描電子顯微鏡圖片;b)在空氣中水接觸角圖片;c)在空氣中I，2_二氯乙烷接觸角圖片;d)水下I，2_二氯乙烷接觸角圖片;e)水下不同油的接觸角數(shù)據(jù)圖。
[0014]圖2中a)為本發(fā)明實(shí)施例的海藻酸鈣涂層水下I，2_二氯乙烷滾動(dòng)角圖片；圖2中b)為海藻酸鈣涂層在水中浸泡1min后，用油紅染色的硅油作為污物，海藻酸鈣涂層的自清潔圖片。
[0015]圖3中a)為在不同材料的平面基底上涂覆海藻酸鈣涂層前后的圖片；圖3中b)為不同基底涂覆海藻酸鈣涂層前后的水下接觸角圖片。
[0016]圖4為無基底支持不同形狀的海藻酸鈣涂層膜圖片。
[0017]其中:a)平面的;b)管狀的。
[0018]圖5為在普通瓶子里涂覆海藻酸鈣膜前后的自清潔圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號(hào)代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，包括:
步驟一、基底表面浸泡或攤涂海藻酸鈉溶液；
步驟二、將處理過的基底表面放入CaCl2溶液中得到海藻酸鈣涂層。
[0021]優(yōu)選的，步驟一之前，還包括基底表面的預(yù)處理:首先分別用去離子水，丙酮，乙醇使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下將玻璃片超聲10-15分鐘，然后用去離子水沖洗3-5遍后放在體積比H2O2 = H2SO4為1:3的溶液中加熱1-1.511，用去離子水沖洗3遍去除殘留溶液，用氮?dú)獯蹈?，等離子體處理。
[0022]優(yōu)選的，步驟一中海藻酸鈉溶液的配制:海藻酸鈉以質(zhì)量濃度1.5g/100ml溶于去離子水;步驟二中CaCl 2溶液的質(zhì)量濃度為10%。
[0023]優(yōu)選的，所述基底的材質(zhì)為玻璃、硅片、硅石、鋼片、云母、PET;基底的大小、形狀和組成根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0024]優(yōu)選的，所述基底為食品容器內(nèi)壁。
[0025]—種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層，水下超疏油涂層材料為海藻酸鈣。
[0026]優(yōu)選的，水下超疏油涂層由如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法制得。
[0027]海藻酸鈉在物體表面形成膜的條件和對(duì)外界條件的要求很簡單，如果將其作為表面涂層可以直接將其涂刷在載體表面，但本發(fā)明實(shí)施例中，需要采集相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集條件要求薄膜的厚度均一、表面平整，容易脫離載體，因此在需要薄膜載體十分干凈，在實(shí)際使用中，并不需要基底表面十分平整，下述實(shí)施例中，不失一般性，基底采用玻璃片。
[0028]實(shí)施例1
用去離子水將玻璃片使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下超聲10-15min，再用丙酮將玻璃片在同樣功率下超聲10-15min，最后再在乙醇中在同樣功率下超聲玻璃片10-151^11，之后用去離子水沖洗3遍玻璃片放在體積比!1202:!12504為1:3的溶液中加熱1-1.5h，使用去離子水沖洗3-5遍去除殘留溶液得到潔凈的玻璃片。
[0029]將一定體積質(zhì)量濃度為1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液滴加在經(jīng)過等離子體處理過的玻璃片上，借助涂菌棒將液體攤平后靜置一段時(shí)間，再將鋪有海藻酸鈉的玻璃片放入10%的CaCl2溶液中，得到海藻酸鈣疏油涂層。
[0030]用得到的海藻酸鈣涂層測(cè)量水、I，2_二氯乙烷在空氣中的接觸角，以及在水下I，2-二氯乙烷、硅油、三氯甲烷、食用油和正癸烷的接觸角，還有在水下I，2_二氯乙烷的滾動(dòng)角，拍照并作圖，如圖1所示，從中可以看到，傾斜角小于2°，也就是說當(dāng)傾斜2°時(shí)，油滴便開始滾動(dòng)，證明海藻酸鈣涂層對(duì)油的粘附力很小。
[0031]實(shí)施例2
用去離子水將玻璃片使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下超聲10-15min，再用丙酮將玻璃片在同樣功率下超聲10-15min，最后再在乙醇中在同樣功率下超聲玻璃片10-151^11，之后用去離子水沖洗3遍玻璃片放在體積比!1202:!12504為1:3的溶液中加熱1-1.5h，使用去離子水沖洗3-5遍去除殘留溶液得到潔凈的玻璃片。
[0032]如圖2所示，用水筆在玻璃片中間畫出標(biāo)記，分為兩部分，將保鮮膜包裹其中一半(空白對(duì)比)，等離子體處理后，將一定體積質(zhì)量濃度為1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液滴加在經(jīng)過等離子體處理過的玻璃板上，借助涂菌棒將液體攤平后靜置一段時(shí)間，再將鋪有海藻酸鈉的玻璃片放入10%的CaCl2溶液中，得到海藻酸鈣疏油涂層，而用保鮮膜包裹的另一半不制備海藻酸鈣涂層。
[0033]將玻璃片在去離子水中浸泡1min，油紅染色的硅油(作為污物)滴涂在一半有海藻酸鈣涂層一半沒有疏油涂層的玻璃片上，用去離子水沖洗玻璃片上的硅油，拍攝沖洗過程海藻酸鈣涂層的自清潔視頻，可以發(fā)現(xiàn)有海藻酸鈣涂層的一半硅油很快就沖洗下來，而沒有疏油涂層的正常玻璃片硅油很難沖洗下來，得到海藻酸鈣涂層具有水下超疏油的性質(zhì)，可用于載體的自清潔。
[0034]實(shí)施例3 如圖3所示，使用不同材料的基底，鋼片、硅片、聚對(duì)苯二甲酸(PET)和云母片各兩份基底，測(cè)量一份不同材料各基底的水下I，2_二氯乙烷的接觸角，另一份等離子體處理。
[0035]將一定體積質(zhì)量濃度為1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液滴加在經(jīng)過等離子體處理過的基底上，借助涂菌棒將液體攤平后靜置一段時(shí)間，再將鋪有海藻酸鈉的基底放入10%CaC12溶液中，得到海藻酸鈣疏油涂層，并測(cè)水下I，2_二氯乙烷的接觸角，把兩份基底的接觸角數(shù)據(jù)作圖，可以得到在涂覆上海藻酸鈣涂層之后，這些基體在水下的接觸角都大于150°，成為超疏油表面了。
[0036]實(shí)施例4
取10 XlOcm的玻璃板和普通玻璃瓶子用去離子水使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下的功率下超聲10-15min，再用丙酮在同樣功率下超聲10-15min，最后再在乙醇中在同樣功率下超聲10-15min，之后用去離子水沖洗3-5遍放在體積比H2O2:H2SO4為1:3的溶液中加熱1-1.5h，使用去離子水沖洗3-5遍去除殘留溶液得到潔凈的玻璃板和玻璃瓶子。
[0037]將一定體積質(zhì)量濃度為1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液滴加在經(jīng)過等離子體處理過的玻璃片上，借助涂菌棒將液體攤平后靜置一段時(shí)間，再將鋪有海藻酸鈉的玻璃片放入10%的CaCl2溶液中，得到海藻酸鈣疏油涂層，可將海藻酸鈣涂層小心揭下來，拍照。將質(zhì)量濃度為1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液倒入經(jīng)過等離子體處理過的玻璃瓶子中，然后將海藻酸鈉溶液倒掉，并迅速倒入10%的CaC12溶液，得到內(nèi)層涂覆海藻酸鈣涂層的玻璃瓶子，將涂層揭下來倒入油紅染色的食用油，拍照，如圖4所示，可以看到海藻酸鈣涂層是可以沒有基體的支撐、獨(dú)立存在，平面膜或乘一定液體的管狀膜。
[0038]實(shí)施例5
去兩個(gè)普通玻璃瓶子用去離子水使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下的功率下超聲10_15min，再用丙酮在同樣功率下超聲10-15min，最后再在乙醇中在同樣功率下超聲10-151^11，之后用去離子水沖洗3-5遍放在體積比!1202:!12504為1:3的溶液中加熱1-1.5h，使用去離子水沖洗3遍去除殘留溶液得到潔凈玻璃瓶子，其中一個(gè)瓶子作等離子體處理，另一個(gè)不作處理。
[0039]1.5g/100ml的海藻酸鈉溶液倒入經(jīng)過等離子體處理過的玻璃瓶子中，然后將海藻酸鈉溶液倒掉，并迅速倒入10%的CaCl2溶液，得到內(nèi)層涂覆海藻酸鈣涂層的玻璃瓶子，在去離子水中浸泡1min，將油紅染色的食用油分別倒入兩個(gè)玻璃瓶子中，傾斜旋轉(zhuǎn)兩個(gè)玻璃瓶子，拍攝自清潔視頻，可以看到涂覆海藻酸鈣涂層的瓶子不會(huì)粘附食用油，瓶子的內(nèi)壁還是很干凈，而普通玻璃瓶子內(nèi)壁會(huì)粘上一層食用油。如圖5所示。
[0040]本發(fā)明的有益效果為:
(1)水下超疏油涂層的基底可以是任意大小、形狀和組成，具有普適性；
(2)對(duì)多種油都有穩(wěn)定的水下超疏油性質(zhì)；
(3)制備方法簡單，所使用的原料環(huán)境友好，安全無毒；
(4)設(shè)備簡單，材料廉價(jià)；
(5 )可廣泛應(yīng)用于海洋防污涂料、油/水分離、工業(yè)金屬清洗、石油管道處理以及流體減阻、生物粘附、微流體技術(shù)和食品容器等領(lǐng)域。
[0041]本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，其特征在于，包括: 步驟一、基底表面浸泡或攤涂海藻酸鈉溶液； 步驟二、將處理過的基底表面放入CaCl2溶液中得到海藻酸鈣涂層。2.如權(quán)利要求1所述的綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，其特征在于，步驟一之前，還包括基底表面的預(yù)處理:首先分別用去離子水，丙酮，乙醇使用KH7200E型超聲波清洗器，在75-100W的電超聲的功率下將玻璃片超聲10-15分鐘，然后用去離子水沖洗3-5遍后放在體積比H2O2:H2SO4為1:3的溶液中加熱1-1.5h，用去離子水沖洗3遍去除殘留溶液，用氮?dú)獯蹈?，等離子體處理。3.如權(quán)利要求1所述的綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中海藻酸鈉溶液的配制:海藻酸鈉以質(zhì)量濃度1.5g/100ml溶于去離子水;步驟二中CaCl2溶液的質(zhì)量濃度為10%。4.如權(quán)利要求1-3任一種所述的綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，其特征在于，所述基底的材質(zhì)為玻璃、娃片、娃石、鋼片、云母、PET;基底的大小、形狀和組成根據(jù)實(shí)際需要確定。5.如權(quán)利要求1-3任一種所述的綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層的制備方法，其特征在于，所述基底為食品容器內(nèi)壁。6.—種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層，其特征在于，水下超疏油涂層材料為海藻酸鈣。7.如權(quán)利要求6所述的一種綠色的尺寸可控且不依賴基底的水下超疏油涂層，其特征在于，水下超疏油涂層由如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法制得。
【文檔編號(hào)】C09D105/04GK106009943SQ201610556746
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】許利蘋, 韓達(dá), 吳秀文, 張青青, 張學(xué)記, 王樹濤
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)