CN105670565A - 一种具有自修复功能的自清洁材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自修复功能的自清洁材料，该材料由40-70？wt%聚多巴胺胶囊壁和30-60？wt%低表面能芯材组成，将低表面能芯材的超声乳化液加到多巴胺溶液中，静置即可得到具有自修复功能的自清洁材料。本发明所述材料可沉积在各种基底表面，具有优异的防污自清洁效果，表面经破坏后可进行上千次的自清洁功能的修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有自修复功能的自清洁材料及其制备方法。
背景技术
自然界中存在很多具有自清洁特性的例子，最典型的就是荷叶。水珠在荷叶表面自由滚动时，可将荷叶表面的灰尘等污染物颗粒带走，从而使荷叶表面保持洁净，人们将荷叶表面的这种自清洁特性称作“荷叶效应”。研究发现，荷叶表面的微米-纳米双级结构及其疏水性低表面能物质的综合作用是其自清洁特性实现的根本原因。自清洁表面因具有防污、清洁、不粘等优点在工业和日常生活中受到广泛关注。受荷叶的启发，人们以织物表面纤维形成的粗糙结构为基础，在其微米级表面构建纳米级粗糙结构，获得微米-纳米双级结构，并通过低表面能物质修饰从而获得具有自清洁特性的织物。该类织物可广泛用于防水、防油、防污等服装及装饰材料，具有广阔的开发及应用前景。但是，当该类织物受到机械刮擦、磨损或者受到化学作用破坏时，很容易失去其疏水功能而导致其自清洁特性的丧失，这使得该类自清洁织物的使用受到了很大限制。但可选择引入具有高粘附性的材料与表面结合牢固以解决此问题；2007年PhillipB.Messersmith在Science期刊上报道聚多巴胺可以沉积到各种基底表面（Science，2007，318，426-430）。可选用聚多巴胺作为粘结层以提高材料与基底的结合力，并且可简便高效的将多巴胺的氧化聚合与模板法结合制备聚多巴胺胶囊，研究其缓释行为(Chem.Commun.2009,6789-6791)；而表面自清洁功能的丧失问题，可采用自修复这一行之有效的方法，可使破坏的表面自行修复，提高长效稳定性及使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够多次自修复的具有自修复功能的自清洁材料。
一种具有自修复功能的自清洁材料，其特征在于：该材料由40-70wt%聚多巴胺胶囊壁和30-60wt%低表面能芯材组成。
所述低表面能芯材为长链烷烃及其衍生物，具体选自十六胺、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。
具有自修复功能的自清洁材料的制备方法：将低表面能芯材的超声乳化液加到多巴胺溶液中，静置即可得到具有自修复功能的自清洁材料。
所述具有自修复功能的自清洁材料的胶囊尺寸为50nm-5μm。
所述具有自修复功能的自清洁材料可原位聚合沉积到基底表面，所述基底为玻璃、木材、织物、塑料、橡胶或金属网。
具有自修复功能的自清洁材料表面可通过等离子体处理、原子氧辐照、砂纸打磨、紫外光照射等方式破坏其表面的疏水性，自清洁材料表面破坏后可室温放置自行恢复或加热一定温度恢复表面的疏水性，恢复时间为10-50分钟，而且该自清洁材料表面破坏-恢复循环次数最高可达上千次，可改善表面的长效稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）自清洁材料可沉积在各种基底表面：光滑表面、具有微观结构的表面；亲水表面、疏水表面；（2）所涉及的制备工艺简单，采用氧化聚合的方法制备原位胶囊化的低表面材料；（3）表面具有优异的防污自清洁效果，表面不粘水渍、牛奶、果汁、咖啡等，表面的灰尘可经水冲洗掉，而表面不被水润湿；（4）表面经破坏后可进行上千次的自清洁功能的修复：表面经过打磨、等离子体、辐照破坏后，表面的自清洁功能均可修复；（5）自清洁材料修饰的织物表面与基底结合牢固：表面经洗衣机洗涤50次后，表面自清洁功能基本未发生任何改变。
附图说明
图1为各种表面修饰自修复的低表面能自清洁材料后的润湿行为。a-织物，b-海绵，c-打印纸，d-PET，e-玻璃。
图2为表面磨损后的修复行为。
具体实施方式
实施例1
将十八胺水溶液超声乳化后，将乳化液加入到2.0mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的织物，放置3h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的织物，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为750nm，干燥后的样品表面对水、果汁等的接触角大于150o，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清洁作用。干燥的表面用等离子体处理后，表面由超疏水转变为超亲水表面，在室温放置10h或者加热处理30min表面的超疏水性得以恢复。而且经100次等离子处理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢复。
实施例2
将十六烷水溶液超声乳化后，将乳化液加入到0.5mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的织物，放置2h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的织物，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为100nm，干燥后的样品表面对水、果汁等的接触角大于150°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清洁作用。干燥的表面经过1N的载荷摩擦后，表面由超疏水转变为超亲水表面，在室温放置6h或者加热处理10min表面的超疏水性得以恢复。而且经1000次等离子处理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢复。
实施例3
将己基硫醇水溶液超声乳化后，将乳化液加入到0.2mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的织物，放置2h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的织物，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为50nm，干燥后的样品表面对水、果汁等的接触角大于150°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清洁作用。干燥的表面经过砂纸打磨后，表面由超疏水转变为超亲水表面，在室温放置6h或者加热处理10min表面的超疏水性得以恢复。而且经1000次等离子处理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢复。
实施例4
将甲基硅油水溶液超声乳化后，将乳化液加入到3.0mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的织物，放置2h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的织物，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为2.5μm，干燥后的样品表面对水、果汁等的接触角大于150°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清洁作用。干燥的表面在洗衣机内洗涤50次后，表面仍然保持超水性。
实施例5
将十六烷水溶液超声乳化后，将乳化液加入到1.0mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的玻璃，放置2h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的玻璃，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为460nm，干燥后的样品表面对水的接触角为110°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，另外表面放置一些土，将水滴滴到表面，表面的土会被水冲走，表面具有自清洁功能。
实施例6
将全氟辛烷水溶液超声乳化后，将乳化液加入到4.0mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），放置10h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的PET，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为4.7μm，干燥后的样品表面对水的接触角为118°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡、食用油等均各种叶滴不粘。
实施例7
将液体石蜡溶液超声乳化后，将乳化液加入到1.5mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入干净的玻璃，放置20h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的玻璃，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为630nm，干燥后的样品表面对水的接触角为112°，表面对水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，另外表面放置一些土，将水滴滴到表面，表面的土会被水冲走，表面具有自清洁功能。
实施例8
将液体石蜡溶液超声乳化后，将乳化液加入到1.5mg/mL的多巴胺溶液中，并将溶液中放入海绵，放置20h后，得到表面修饰胶囊化的十八胺的海绵，最后采用蒸馏水反复冲洗，洗净后干燥。胶囊的尺寸为630nm，干燥后的样品表面对水的接触角为152°，这种多孔的超疏水表面可以进行油水分离。
Claims (6)
1.一种具有自修复功能的自清洁材料，其特征在于：该材料由40-70wt%聚多巴胺胶囊壁和30-60wt%低表面能芯材组成。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于：所述低表面能芯材为长链烷烃及其衍生物。
3.如权利要求2所述的材料，其特征在于：所述长链烷烃及其衍生物为十六胺、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.如权利要求1所述的材料，其特征在于：所述材料的胶囊尺寸为50nm-5μm。
5.如权利要求1所述的材料，其特征在于：所述材料可原位聚合沉积到基底表面，所述基底为玻璃、木材、织物、塑料、橡胶或金属网。
6.如权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于：将低表面能芯材的超声乳化液加到多巴胺溶液中，静置即可得到具有自修复功能的自清洁材料。
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