一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法

摘要

本发明涉及超双疏材料技术领域，更具体地说，涉及一种聚氨酯/二硫化钼超疏水、超疏油薄膜涂层的制备方法。本发明首先通过喷涂法制备聚氨酯/二硫化钼复合微/纳米等级粗糙表面，涂层表面与水的接触角大于150°，再通过1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷修饰涂层，得到的涂层表面具有超双疏性。该超双疏性表面对水、甘油、乙二醇、菜籽油、十六烷等均具有排斥性。其中与水的接触角大于160°，滚动角小于3°。与十六烷、菜籽油等液体的接触角均大于150°，滚动角都小于10°。该方法制备出的超双疏涂层具有较高的稳定性，可以喷涂在不同材质的材料上，且工艺简单，易于大面积制备超双疏表面，易于实现工业化制造。

权利要求

1.一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)称取一定质量的聚氨酯树脂，使用乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种溶剂稀释，溶剂与聚氨酯树脂的体积与质量比为10-25mL：1g，磁力搅拌至均匀；

(2)称取一定比例的二硫化钼，稀释于聚氨酯树脂溶液中，混合均匀后，待用；

(3)在氮气下，将材料喷涂在预处理后待涂覆的基材上，自然干燥后置入鼓风干燥箱固化处理，随炉冷却，得到超疏水涂层；

(4)将步骤(3)得到的超疏水涂层放入真空容器内，随后放入滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶，封口，抽真空，密闭保持5-20min，放气，取出样品；

(5)将步骤(4)得到的样品干燥后得到超双疏涂层。

2.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯和二硫化钼的质量比例为0.5-2:1。

3.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述的混合均匀指磁力搅拌2h，超声振荡20-60min。

4.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述溶剂是乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种，两者用量的体积比例为丙酮0％-50％，乙酸乙酯50％-100％。

5.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述氮气的压强为0.2-0.5MPa，将材料喷涂在预处理后待涂覆基材上，自然干燥20min后，置入鼓风干燥箱80-120℃固化处理1-2h，随炉冷却，得到超疏水涂层。

6.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷通过气相沉积修饰聚氨酯/二硫化钼复合涂层，降低表面能，结合喷涂所得微/纳米等级粗糙结构，使得涂层具有超双疏性能；采用常用的胶头滴管向称量瓶滴入3-5滴1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷。

7.如权利要求1所述的一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其特征在于：所述抽真空的真空度为0.09MPa。

说明书

一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超双疏材料技术领域，更具体地说，涉及一种聚氨酯/二硫化钼超疏水、超疏油薄膜涂层的制备方法。

背景技术

[0002] 自然界中存在大量的超疏水表面，指的是接触角大于150°、滚动角小于10°的粗糙表面；研究人员通过对植物叶表面超疏水特性的仿生研究，提出了制备超疏水表面的重点是有效构筑粗糙的表面结构及进行表面化学修饰降低表面能，并在超疏水表面的制备方法、形成机理及功能化研究等方面取得了一些重要进展；但是，超疏水表面在使用过程中不可避免会接触一些油脂性的物质，这些物质表面张力较低，很容易浸润表面，且难以除去，超疏水性能极易受其影响；例如，将十六烷滴加在荷叶表面，十六烷将会迅速铺展，其接触角为0°，被十六烷浸润的荷叶将失去其超疏水自清洁的性能；针对超疏水表面抗油污能力差的问题，江雷等首先提出了“超双疏”的概念，指的是水和油的接触角均大于150° 的表面，也就是说同时具有超疏水和超疏油的表面，不同表面张力的液滴都可以在表面任意滚动不会浸润表面；相对于单一功能的超疏水表面，超双疏表面在工农业生产上和人们的日常生活中都有着非常广阔的应用前景，例如，超疏油材料可以应用在船舶的外壳、燃料储备箱上，可以实现防腐、减少摩擦、防止污染等效果；用于石油管道输运可以防止石油对管道壁的黏附，从而减少运输过程中的损耗及能量消耗，并且可以减少石油管道的堵塞问题；还可以应用在纺织品上，制作防水和抗油污的服装等。

[0003] 由于超双疏表面具有的广阔的应用前景和研究价值，人们利用各种方法和途径来制备这种表面；近年来，研究人员通过特殊的表面织构化和修饰方法，在硅基体、金属表面、纤维织物、氟化聚合物和纳米颗粒上，制备出了一系列具有超双疏性能的表面；这些研究结果对超疏油表面的理论研究有着十分重要的意义并且有望走向实际应用；虽然如此，但是有一些问题仍然需要解决，如严格的制备条件、繁琐的步骤、昂贵的材料以及较差的稳定性和耐用性；因此，发明一种简单而又易于产业化的技术，可以在任意基体上构筑超双疏的表面是非常必要的。

发明内容

[0004] 本发明提供一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，用于实现金属、玻璃等基材表面的疏水和疏油性能，该方法制备流程简单，双疏性能强，制备成本低，实施方便，可进行大规模推广；本发明的超双疏涂层与水和油的接触角均大于150°，而且具有低粘附的特性，本发明的超双疏涂层可应用于管道运输、航海以及日常生活中。

[0005] 本发明提供一种聚氨酯/二硫化钼超双疏涂层的制备方法，其工艺是：

[0006] （1）称取一定质量的聚氨酯树脂，使用乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种溶剂稀释，溶剂与聚氨酯树脂的体积与质量比为10-25：1，磁力搅拌至均匀。

[0007] （2）称取一定比例的二硫化钼，稀释于聚氨酯树脂溶液中，混合均匀后，待用。

[0008] （3）在氮气下，将材料喷涂在预处理后待涂覆的基材上，自然干燥后置入鼓风干燥箱固化处理，随炉冷却，得到超疏水涂层。

[0009] （4）将步骤（3）得到的超疏水涂层放入真空容器内，随后放入滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶，封口，抽真空，密闭保持5-20 min，放气，取出样品。

[0010] （5）将步骤（4）得到的样品干燥后得到超双疏涂层。

[0011] 所述的聚氨酯和二硫化钼的质量比例为0.5-2 : 1。

[0012] 所述的混合均匀指磁力搅拌2 h，超声振荡20-60 min。

[0013] 所述溶剂是乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种，两者用量的体积比例为丙酮0% -50%，乙酸乙酯50% - 100%。

[0014] 所述氮气的压强为0.2-0.5 Mpa，将材料喷涂在预处理后待涂覆基材上，自然干燥20 min后，置入鼓风干燥箱80-120 ℃固化处理1-2 h，随炉冷却，得到超疏水涂层。

[0015] 所述1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷通过气相沉积修饰聚氨酯/二硫化钼复合涂层，降低表面能，结合喷涂所得微/纳米等级粗糙结构，使得涂层具有超双疏性能；采用常用的胶头滴管向称量瓶滴入3-5滴1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷。

[0016] 所述抽真空的真空度为0.09 Mpa。

[0017] 该超双疏性表面对水、甘油、乙二醇、菜籽油、十六烷等均具有排斥性，其中与水的接触角大于160°，滚动角小于3°；与十六烷、菜籽油等液体的接触角均大于150°，滚动角都小于10°。

附图说明

[0018] 图1是超双疏涂层与水的接触角照片。

[0019] 图2是超双疏涂层与十六烷的接触角照片。

[0020] 图3是在载玻片上所制备超双疏涂层的照片。

[0021] 图4是超双疏涂层的SEM图。

具体实施方式

[0022] 实施例1：

[0023] 第一步，称取2.0 g的聚氨酯树脂，使用20 mL的乙酸乙酯溶液稀释，磁力搅拌溶解均匀；再称取1.5 g二硫化钼，加入聚氨酯树脂溶液中，磁力搅拌2 h，超声振荡20 min。

[0024] 第二步，选用500#金相砂纸打磨规格20 mm×10 mm×10 mm的45#钢块，打磨光滑后，置入丙酮溶液中超声洗净，取出晾干。

[0025] 第三步，在0.2 Mpa氮气下将步骤一得到的材料喷涂在步骤二经处理过的基材上，膜厚20 μm，自然风干20 min后，置入鼓风干燥箱内80 ℃固化2 h。

[0026] 第四步，将步骤三冷却后放置时间超过12 h的试样放入真空容器内，将滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶敞口同时放入其中，封口，抽真空，抽至真空值为0.09 Mpa，密闭，气相沉积5 min后，放气取出样品。

[0027] 第五步，将取得的样品放入鼓风干燥箱内100 ℃干燥1 h，随炉冷却后，得到超双疏涂层。

[0028] 实施例2：

[0029] 第一步，称取2.0 g的聚氨酯树脂，使用15 mL的乙酸乙酯和15 mL丙酮混合溶剂稀释，磁力搅拌溶解均匀；再称取2.0 g二硫化钼，加入聚氨酯树脂溶液中，磁力搅拌2 h，超声振荡30 min。

[0030] 第二步，选用500# 金相砂纸打磨规格120 mm×50 mm×1 mm的马口铁片，打磨光滑后，置入丙酮溶液中超声洗净，取出晾干。

[0031] 第三步，在0.3 Mpa氮气下将步骤一得到的材料喷涂在步骤二经处理过的基材上，膜厚30 μm，自然风干20 min后，置入鼓风干燥箱内100 ℃固化1.5 h。

[0032] 第四步，将步骤三冷却后放置时间超过12 h的试样放入真空容器内，将滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶敞口同时放入其中，封口，抽真空，抽至真空值为0.09 Mpa，密闭，气相沉积10 min后，放气取出样品。

[0033] 第五步，将取得的样品放入鼓风干燥箱内100 ℃干燥1 h，随炉冷却后，得到超双疏涂层。

[0034] 实施例3：

[0035] 第一步，称取2.0 g的聚氨酯树脂，使用25 mL的乙酸乙酯和15 mL丙酮混合溶剂稀释，磁力搅拌溶解均匀；再称取2.5 g二硫化钼，加入聚氨酯树脂溶液中，磁力搅拌2 h，超声振荡40 min。

[0036] 第二步，选用规格为76.4 mm×25 mm×1 mm的载玻片，用蘸有丙酮溶液的棉球擦拭玻片表面，拭净并晾干。

[0037] 第三步，在0.4 Mpa氮气下将步骤一得到的材料喷涂在步骤二经处理过的基材上，膜厚40 μm，自然风干20 min后，置入鼓风干燥箱内120 ℃固化1 h。

[0038] 第四步，将步骤三冷却后放置时间超过12 h的试样放入真空容器内，将滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶敞口同时放入其中，封口，抽真空，抽至真空值为0.09 Mpa，密闭，气相沉积15 min后，放气取出样品。

[0039] 第五步，将取得的样品放入鼓风干燥箱内100 ℃干燥1 h，随炉冷却后，得到超双疏涂层。

[0040] 实施例4：

[0041] 第一步，称取1.5 g的聚氨酯树脂，使用22.5 mL的乙酸乙酯和15 mL丙酮混合溶剂稀释，磁力搅拌溶解均匀；再称取3.0 g二硫化钼，加入聚氨酯树脂溶液中，磁力搅拌2 h，超声振荡60 min。

[0042] 第二步，选用规格为20 mm×20 mm×0.2 mm的不锈钢网上，置入丙酮溶液中超声洗净，取出晾干。

[0043] 第三步，在0.5 Mpa氮气下将步骤一得到的材料喷涂在步骤二经处理过的基材上，膜厚50 μm，自然风干20 min后，置入鼓风干燥箱内120 ℃固化1 h。

[0044] 第四步，将步骤三冷却后放置时间超过12 h的试样放入真空容器内，将滴有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的称量瓶敞口同时放入其中，封口，抽真空，抽至真空值为0.09 Mpa，密闭，气相沉积20 min后，放气取出样品。

[0045] 第五步，将取得的样品放入鼓风干燥箱内100 ℃干燥1 h，随炉冷却后，得到超双疏涂层。

[0046] 图1和图2中，超双疏表面材料对水和十六烷的的接触角均大于150°，分别为167.5°，155.5°。

[0047] 图3中可以看出室温下从左至右，水、十六烷、乙二醇在超双疏涂层都呈现球形状态，图4 SEM图中可以看出超双疏涂层制备的表面均匀，具有微/纳米等级粗糙的微观结构。