防止在超疏水表面上水滴反彈和濺射的組合物的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在超疏水界面上水滴防反彈和濺射的組合物，屬于農藥或涂料領域技術領域。
【背景技術】
[0002]眾所周知，水滴非常容易在超疏水表面上反彈，如圖1所示，當撞擊速度大到一定程度時，反彈轉化為濺射，如圖2所示。反彈和濺射將會造成農藥、涂料、噴墨等領域材料的極大浪費，不僅有效利用率降低，而且污染環境，對操作人員帶來危害和危險。通過添加表面活性劑降低動態表面張力是解決此類問題的主要手段，但也有文獻報道可以采取添加少量聚合物增加拉伸粘度的方法來抑制彈射行為。
[0003]超疏水界面是一種具有特殊浸潤性的界面，自然界中很多這樣的超疏水界面，如甘藍、花菜、水稻、小麥、狗尾巴草、牛筋草、花生等等的葉片。因此解決水滴在超疏水表面上彈射和濺射的問題對農藥有非常重要的意義。
[0004]發明人在試驗中發現，選擇合適的表面活性劑或組合，可以解決低速碰撞下的彈射問題，但需要較高濃度的表面活性劑，不僅增加成本，而且無法從根本上防止在超疏水表面上的濺射現象。選擇合適的聚合物，增加溶液的拉伸粘度，對抑制平行表面的濺射問題有所幫助，但無法解決在超疏水表面低速碰撞下的彈射以及低速和傾斜表面上高速碰撞下的彈射問題，且不利于液滴的鋪展和滲透，不利于農藥或涂料有效利用率的提高。
[0005]在液滴和超疏水表面低速碰撞時，韋伯數較低，表面張力的影響不可忽略，降低動態表面張力可以抑制彈射；高速碰撞時，雷諾數較大(紊流狀態)，慣性力的影響較大，增加粘度可以降低雷諾數，因此增加粘度對抑制液滴濺射時分裂行為有所幫助，因此可以抑制濺射。但是剪切粘度太大的話，不易于噴灑，聚合物濃度不能太高。
[0006]空氣對其彈射起著很重要的作用，液滴高速碰撞時由于空氣的剪切作用更容易發生液滴的分裂和濺射。所以這個表面比其他表面更容易發生水滴的彈射和濺射行為。增加在撞擊發生時的粘度可以有效抑制液滴分裂的能力。但是單純的增加粘度則會導致傾倒以及噴射時的不便，因此也可以采用剪切粘度較低但拉伸粘度較大，或者在撞擊時粘度增加的負觸變性材料，再加上表面活性劑降低動態表面張力，即可解決彈射和濺射問題。負觸變性材料的特點是當剪切壓力和速度上升時，粘度增加，當壓力消失時，粘度又減小的特點，有效抑制反彈和濺射，并且不影響液滴的鋪展和滲透。
[0007]發明人意外地發現，聚合物和納米顆粒組合以后具有明顯負觸變性的特點，由此本發明聯合表面活性劑和聚合物的優點來共同抑制液滴在超疏水表面的彈射和濺射行為，并延伸提出表面活性劑和負觸變性材料聯合來共同抑制液滴在超疏水表面的彈射和濺射行為的技術方案。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種防止在超疏水表面上水滴反彈和濺射的組合物。
[0009]本發明通過以下技術方案實現。
[0010]一種能在超疏水表面上防止液滴反彈和濺射的組合物，包括:
表面活性劑，其能夠降低動態和平衡表面張力，
天然或合成的聚合物，其能使所述液滴組合后在撞擊時拉伸粘度或者剪切粘度增加，即具有負觸變性。
[0011 ] 優選地，所述組合物還包括納米顆粒。
[0012]優選地，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、磺基琥珀酸雙脂鈉鹽、聚氧乙稀燒基醚類(CiEj)、Triton系列、有機娃助劑、蔽稀、壬基酸氧乙稀中的單種或多種的組合。
[0013]優選地，所述磺基琥珀酸雙脂鈉鹽中的兩個親油鏈基是碳原子數4-18的直鏈烷烴或其異構體；
所述聚氧乙稀燒基醚類(CiEj)包含i=6-18, j=4-10的同系物；
所述Triton系列表面活性劑包含Triton-10，15,45, 100，114，405的一系列同系物；
所述有機硅助劑包含Silwetl77、Silwet408、N-180、N-280的農用三硅氧烷及其改性衍生物活性劑的組合物。
[0014]優選地，所述聚合物選自:聚乙二醇或聚氧乙烯醚(PEO)、聚乙烯醇、、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉膠、瓜兒豆膠、黃原膠、明膠、植物膠、動物膠、樹脂膠。
[0015]優選地，所述聚乙二醇或聚氧乙烯醚(PEO)的分子量在200-400萬之間；
所述樹脂膠包括阿伯樹膠、松香膠、桃膠、冷杉膠。
[0016]優選地，所述納米顆粒選自:納米二氧化娃、納米氧化招、納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米硅酸鎂鋁的一種或多種。
[0017]一種包含根據技術方案I所述的組合物的溶液，其特征在于，所述溶液中所述表面活性劑的含量在0.1%-1%之間，所述聚合物的含量在0.005%-1%之間，水或其他農藥稀釋液的含量為98.000%-99.895%。
[0018]一種包含根據技術方案2所述的組合物的溶液，其特征在于，所述溶液中所述表面活性劑的含量在0.1%-1%之間，所述聚合物的含量在0.005%-1%之間，所述納米顆粒在含量在1%_20%之間，水或其他農藥稀釋液或涂料稀釋液的含量為78.000%-99.895%。
[0019]本發明聯合了動態表面張力低、平衡表面張力低、以及聚合物的粘度和觸變性材料的優點，共同解決在超疏水表面水溶液的彈射和濺射問題。
【附圖說明】
[0020]圖1是水滴在高度為3cm時自由落體到超疏水甘藍上的彈射現象。
[0021 ]圖2是水滴在高度為50 cm時自由落體到超疏水甘藍上的濺射現象(縮小I倍)。
[0022]圖3是0.1% Α0Τ+0.005%PE0在超疏水甘藍上的撞擊行為，液滴的彈射和濺射得到抑制。
[0023]圖4是A)水滴在水稻葉片上的濺射現象；B)組合物在水稻葉片上的防濺射的照片。
[0024]圖5是本發明組合物在超疏水花菜上的低速和高速撞擊行為，液滴的彈射和濺射得到抑制。
[0025]圖6是本發明組合物在超疏水小麥上的高速撞擊行為，濺射得到抑制。
[0026]圖7是本發明組合物在超疏水PDMS薄膜上的低速和高速撞擊行為，彈射和濺射都得到抑制。
[0027]圖8是本發明組合物在超疏水鋁片上的高速撞擊行為，濺射得到抑制。
[0028]圖9是本發明超疏水PDMS膜表面的掃描電鏡照片(左)和接觸角照片(右)。
[0029]圖10是超疏水鋁片的表面微結構形貌(左)和接觸角照片(右)。
[0030]
【具體實施方式】
[0031]下面通過實施例對本發明作更詳細說明。
[0032]本
【發明內容】
包括2種組合方式:
(I)表面活性劑和天然或合成聚合物進行組合這種組合物包含了兩大類物質:1)能降低動態和平衡表面張力的表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、雙(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)及其同系物、聚氧乙稀燒基醚類(CiEj)、Triton系列、有機娃助劑蔽稀、壬基酸氧乙稀等；2)合成或天然聚合物，如聚氧乙烯醚(ΡΕ0)、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、淀粉膠、瓜兒豆膠、黃原膠、明膠、樹脂膠(包括阿伯樹膠、松香膠、桃膠、冷杉膠)等。表面活性劑所起的作用是降低動態表面張力，可以是上述表面活性劑的一種或幾種的混合。聚合物所起的作用是增加拉伸或剪切粘度。聚合物分子量越高，拉伸粘度越高，拉伸粘度的增加有助于防止液滴在高速撞擊時破裂。但是聚合物分子量低，拉伸粘度不夠顯著，但增加濃度可以增加剪切粘度，剪切粘度的略微增加也有助于防止液滴分裂。通過這兩種物質的組合，可達到防止在超疏水表面水滴彈射或濺射的目的。該組合物在水溶液中表面活性劑的含量在0.1%-1%之間，聚合物的含量在0.005%-1%之間。
[0033](2)表面活性劑、聚合物和納米顆粒進行組合
這種組合物包含了三大類物質:1)能降低動態和平衡表面張力的表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、雙(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)及其同系物、聚氧乙稀燒基醚類(CiEj)、Triton系列、有機娃助劑蔽稀、壬基酸氧乙稀等；2)合成或天然聚合物，如聚氧乙烯醚(ΡΕ0)、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、淀粉膠、瓜兒豆膠、黃原膠、明膠、樹脂膠(包括阿伯樹膠、松香膠、桃膠、冷杉膠)等；3)納米顆粒，如納米氧化硅、納米氧化鋁、納米氧化鎂、納米硅酸鎂鋁等。該組合物三部分組成:I)有機硅助劑:0.1%-1%;2)PE0，0.1%-1%; 3)納米顆粒0.1%_10%。本組合的創新點是利用了非離子表面活性劑、聚合物和納米顆粒組合復配后具有負觸變性的特點進行組合，即剪切速率或壓力增加后粘度增加的特性，從而獲得了在高速撞擊下抑制水滴在超疏水界面上反彈和濺射的效果。
[0034]實施例1
將PEO (分子量為100萬)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、Triton-405和去離子水按如下質量百分比例復配攪拌溶解:
PEO0.05% SDS0.05%
Triton-405 0.1%
去離子水 99.8%
獲得在超疏水甘藍葉片防反彈和濺射組合物。
[0035]圖3中的A)甘藍照片；B)甘藍葉片的電鏡照片；C):水滴在甘藍葉片的接觸角照片；D):水滴在甘藍葉片上的滾動角