一種具有自修復功能的自清潔材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有自修復功能的自清潔材料及其制備方法。
【背景技術】
[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時，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”。研究發現，荷葉表面的微米-納米雙級結構及其疏水性低表面能物質的綜合作用是其自清潔特性實現的根本原因。自清潔表面因具有防污、清潔、不粘等優點在工業和日常生活中受到廣泛關注。受荷葉的啟發，人們以織物表面纖維形成的粗糙結構為基礎，在其微米級表面構建納米級粗糙結構，獲得微米-納米雙級結構，并通過低表面能物質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，具有廣闊的開發及應用前景。但是，當該類織物受到機械刮擦、磨損或者受到化學作用破壞時，很容易失去其疏水功能而導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合牢固以解決此問題；2007年Phillip B.Messersmith在Science期刊上報道聚多巴胺可以沉積到各種基底表面(Science，2007，318，426-430)。可選用聚多巴胺作為粘結層以提高材料與基底的結合力，并且可簡便高效的將多巴胺的氧化聚合與模板法結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題，可采用自修復這一行之有效的方法，可使破壞的表面自行修復，提高長效穩定性及使用壽命。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種能夠多次自修復的具有自修復功能的自清潔材料。
[0004]一種具有自修復功能的自清潔材料，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功能的自清潔材料。
[0007]所述具有自修復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。
[0009]具有自修復功能的自清潔材料表面可通過等離子體處理、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或加熱一定溫度恢復表面的疏水性，恢復時間為10-50分鐘，而且該自清潔材料表面破壞-恢復循環次數最高可達上千次，可改善表面的長效穩定性。
[0010]與現有技術相比，本發明具有以下優點:(1)自清潔材料可沉積在各種基底表面:光滑表面、具有微觀結構的表面；親水表面、疏水表面；(2)所涉及的制備工藝簡單，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，表面的灰塵可經水沖洗掉，而表面不被水潤濕；(4)表面經破壞后可進行上千次的自清潔功能的修復:表面經過打磨、等離子體、輻照破壞后，表面的自清潔功能均可修復；(5)自清潔材料修飾的織物表面與基底結合牢固:表面經洗衣機洗滌50次后，表面自清潔功能基本未發生任何改變。
【附圖說明】
[0011]圖1為各種表面修飾自修復的低表面能自清潔材料后的潤濕行為。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行為。
【具體實施方式】
[0013]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為750 nm，干燥后的樣品表面對水、果汁等的接觸角大于150°，表面對水、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，表面由超疏水轉變為超親水表面，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。而且經100次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復。
[0014]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為100 nm，干燥后的樣品表面對水、果汁等的接觸角大于150°，表面對水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面經過I N的載荷摩擦后，表面由超疏水轉變為超親水表面，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。而且經1000次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復。
[0015]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為50 nm，干燥后的樣品表面對水、果汁等的接觸角大于150°，表面對水、果汁、牛奶、咖啡等均不粘，可起到清潔作用。干燥的表面經過砂紙打磨后，表面由超疏水轉變為超親水表面，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。而且經1000次等離子處理后表面的超疏水性能仍然可以自行恢復。
[0016]實施例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水、果汁等的接觸角大于150°，表面對水、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內洗滌50次后，表面仍然保持超水性。
[0017]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為460 nm，干燥后的樣品表面對水的接觸角為110°，表面對水、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，表面的土會被水沖走，表面具有自清潔功能。
[0018]實施例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水的接觸角為118°，表面對水、果汁、牛奶、咖啡、食用油等均各種葉滴不粘。
[0019]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為630 nm，干燥后的樣品表面對水的接觸角為112°，表面對水、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，表面的土會被水沖走，表面具有自清潔功能。
[0020]實施例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沖洗，洗凈后干燥。膠囊的尺寸為630 nm，干燥后的樣品表面對水的接觸角為152°，這種多孔的超疏水表面可以進行油水分離。
【主權項】
1.一種具有自修復功能的自清潔材料，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.如權利要求1所述的材料，其特征在于:所述低表面能芯材為長鏈烷烴及其衍生物。3.如權利要求2所述的材料，其特征在于:所述長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。6.如權利要求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功能的自清潔材料。
【專利摘要】本發明公開了一種具有自修復功能的自清潔材料，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功能的自清潔材料。本發明所述材料可沉積在各種基底表面，具有優異的防污自清潔效果，表面經破壞后可進行上千次的自清潔功能的修復。
【IPC分類】C09K3/18, D06M15/643, C03C17/00, D06M13/252, D06M13/328, C08J7/00, D06M13/02
【公開號】CN105670565
【申請號】
【發明人】于波, 劉艷花, 劉玉鵬, 劉志魯, 周峰, 劉維民
【申請人】中國科學院蘭州化學物理研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月18日