本發(fā)明涉及一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料及其制備方法，屬于疏水材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
疏水性是固體表面的一個(gè)重要性質(zhì)，通常用液滴與固體之間的夾角進(jìn)行衡量，即接觸角。接觸角越大，則固體表面的疏水性越好。通常將接觸角小于90°的表面稱為親水表面，接觸角大于90°的表面稱為疏水表面。疏水表面因其具有許多優(yōu)異的表面性能，如自清潔、防污、防腐蝕、防氧化等特性，在自清潔、流體減阻、生物醫(yī)學(xué)材料等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)應(yīng)用、國防建設(shè)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)現(xiàn)疏水表面的途徑主要有兩種：一是在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)，通常用于制備疏水表面的低表面能材料主要有聚硅氧烷、氟碳化合物及其他有機(jī)物(如聚乙烯、聚苯乙烯等)；二是在疏水材料表面構(gòu)建類似荷葉表面的粗糙結(jié)構(gòu)，制備方法有無機(jī)納米粒子(如TiO2、SiO2、ZnO等)修飾、激光/等離子體/化學(xué)刻蝕、模板法、靜電紡絲法、溶膠-凝膠、自組裝、電化學(xué)沉積及化學(xué)氣相沉積等許多種類。但是在上述方法中，大部分都需要對(duì)所制備表面使用進(jìn)行形貌修飾，或者對(duì)所用粒子(如二氧化硅、金屬氧化物粒子等)預(yù)先進(jìn)行表面處理，制備過程繁瑣，成本與能耗相對(duì)較高，并且部分疏水涂料含有氟等對(duì)人體有毒有害元素，這對(duì)疏水涂料的制備和使用帶來了很大的不便。因此開發(fā)一種制備簡便，不含有毒元素的疏水涂料具有很大的意義。
聚酰胺-胺(PAMAM)樹形分子是一種具有三維分子結(jié)構(gòu)、高度支化且高度有序的樹枝狀化合物，它除了具有樹枝化合物的共性外，還具有良好的熱穩(wěn)定性、水溶性、特殊的粘度與表面張力等特性，除了在生物醫(yī)學(xué)、材料修飾等方面顯示出巨大的應(yīng)用前景外，在廢水處理、石油開采、氣體凈化或分離等化工領(lǐng)域也已展現(xiàn)出良好的用途。但因?yàn)榫埘０?胺樹形分子內(nèi)部含有大量親水性的酰胺基團(tuán)，整體呈現(xiàn)親水性，如何屏蔽內(nèi)部親水基團(tuán)是將聚酰胺-胺樹形分子制備為疏水涂料的一個(gè)難點(diǎn)。因此還未有將聚酰胺-胺樹形分子應(yīng)用于疏水涂料的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料；目的之二在于提供一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料的制備方法，該方法操作簡便、不含氟元素，無需對(duì)基底提前進(jìn)行表面處理。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供一下技術(shù)方案：
一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料，所述疏水涂料的配方中各組分及其摩爾比為：樹形分子：疏水表面改性劑＝1:64～1:128；
所述樹形分子為表面全部為氨基的聚酰胺-胺樹形分子；
所述疏水表面改性劑為丙烯酸長鏈烷基酯，其結(jié)構(gòu)式如下：
n≥6；
所述丙烯酸長鏈烷基酯優(yōu)選丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯或丙烯酸二十二酯。
優(yōu)選的，所述樹形分子為4.0代以上的聚酰胺-胺樹形分子。
一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料的制備方法，所述方法具體步驟如下：
(1)將樹形分子溶解到有機(jī)溶劑a中溶解得到濃度為3×10-3～3×10-4mol/L溶液1；
(2)將疏水表面改性劑溶解到有機(jī)溶劑b中，溶解得到濃度為0.5～0.01mol/L的溶液2；
(3)將溶液1攪拌加熱至20～50℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)鈿夥障潞銣胤磻?yīng)6～18h，得到溶液3；
(4)在50℃～55℃，0.098～0.1MPa真空度下，將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料；
步驟(1)所述有機(jī)溶劑a優(yōu)選為甲醇、乙醇或異丙醇；
步驟(2)所述有機(jī)溶劑b優(yōu)選為正己烷或環(huán)己烷；
有益效果
1.本發(fā)明的疏水涂料涂覆于復(fù)合材料基底表面后，不僅疏水性能良好，而且無需使用低表面能物質(zhì)進(jìn)行表面修飾或預(yù)先對(duì)所使用粒子進(jìn)行修飾，可用于疏水表面的大面積制備和長期使用。
2.本發(fā)明所述樹形分子疏水涂料不含氟元素，對(duì)環(huán)境友好，對(duì)人體無毒。
3.本發(fā)明的制備方法具有簡單易行，無需大型儀器設(shè)備，無需后續(xù)處理的特點(diǎn)。
附圖說明
圖1是實(shí)施例1制備的疏水定性濾紙的水靜態(tài)接觸角圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
接觸角測量儀：采用Dataphysics OCA20型接觸角測試儀測量水滴在實(shí)施例制備的疏水定性濾紙表面上的接觸角，水滴體積為5毫升。通過測量同一疏水定性濾紙表面至少5個(gè)不同位置對(duì)水的接觸角，獲得疏水定性濾紙表面的平均水接觸角。
對(duì)于無疏水涂料修飾的定性濾紙，測試其疏水性:
實(shí)施例1
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入甲醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將1.52g丙烯酸十八酯溶解于20g環(huán)己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至20℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?0℃反應(yīng)6h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例1制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得到覆有一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料的定性濾紙(以下簡稱疏水定性濾紙)，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為128.0°，如圖1所示。
實(shí)施例2
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入乙醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將2.26g丙烯酸十六酯溶解于20g環(huán)己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至30℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?0℃反應(yīng)18h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例2制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得到疏水定性濾紙，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為130.1°。
實(shí)施例3
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入異丙醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將2.02g丙烯酸二十二酯溶解于20g環(huán)己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至50℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?0℃反應(yīng)6h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例3制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得到疏水定性濾紙，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為132.0°。
實(shí)施例4
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入異丙醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將1.33g丙烯酸十八酯溶解于20g環(huán)己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至35℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?5℃反應(yīng)12h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例4制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得疏水定性濾紙，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為133.6°。
實(shí)施例5
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入異丙醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將1.33g丙烯酸十八酯溶解于20g正己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至20℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?0℃反應(yīng)6h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例5制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得到疏水定性濾紙，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為125.1°。
實(shí)施例6
(1)在50ml三口燒瓶中加入4.0代聚酰胺-胺樹形分子0.5000g，加入異丙醇25g，攪拌充分溶解，得到溶液1。
(2)將1.33g丙烯酸十八酯溶解于20g正己烷，攪拌充分溶解，得到溶液2。
(3)將溶液1攪拌加熱至20℃，于氮?dú)夥諊皵嚢钘l件下，將溶液2以2～3s/滴的速度滴加至溶液1中，氮?dú)夥諊?0℃反應(yīng)6h，得到溶液3。
(4)在50℃，0.099MPa真空度下將溶液3旋蒸除去溶劑，得到一種基于聚酰胺-胺樹形分子的疏水涂料。
以定性濾紙(平均孔徑為19微米)為基底，并將其浸沒于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的實(shí)施例6制備的疏水涂料的環(huán)己烷溶液中，沉積5分鐘。將所述定性濾紙取出，放入60℃的真空干燥箱中真空干燥30min，取出自然晾干，得到疏水定性濾紙，使用接觸角測量儀測試疏水定性濾紙對(duì)水的接觸角為122.9°。
本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。