一种基于聚多巴胺自组装的超疏水涂层制备方法与流程

本发明属于表面超疏水改性制备技术领域，具体涉及一种基于聚多巴胺自组装的超疏水涂层制备方法。

背景技术：

超疏水表面是指与水滴的静态接触角达到150°以上且滚动角小于10°的表面。自荷叶表面的自清洁和超疏水特性被发现后，学术界对超疏水进行了大量的研究，并应用于自清洁、防腐、防雾、防结冰、防污、生物医学、油水分离等领域。

超疏水表面的构建主要包括两个关键因素：仿荷叶表面的微纳米结构和低表面能组分。常见的构造方法包括浸渍、喷涂、蚀刻、化学气相沉积和电泳沉积等。但这些方法只适用于特定的材料，对基材选择性具有限制，在任意材料表面构建具有强粘附力的超疏水涂层仍然是目前面临的难题。

多巴胺作为贻贝粘附蛋白的主要成分，2007年lee等人发现其能在弱碱性溶液中自发聚合并在任意材料表面自发沉积，具有良好的粘附性能，且聚多巴胺表面具有大量的化学位点可进行二次改性，因此基于聚多巴胺沉积的表面改性是当前的研究热点。然而多巴胺的自聚合沉积存在反应速度慢、表面不平整和耐溶剂性差等缺点，因此多种氧化剂被用于多巴胺的氧化诱导聚合，包括cuso4、(nh4)2s2o8、naio4(cn106000125a，cn108785748a)等氧化剂。但是材料表面的聚多巴胺涂层的超疏水改性仍然是一个挑战，上述氧化剂制备的聚多巴胺涂层在低表面能改性后难以获得预期的超疏水效果(李国滨等，高分子材料科学与工程，2020，36(12)：142-150.)，使得聚多巴胺在超疏水领域的应用受到限制，尤其是在自清洁和海洋防污领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服了现有的氧化剂诱导聚多巴胺沉积法中使用大量有害于环境的氧化剂和疏水改性效果差的缺点，并提供一种基于聚多巴胺自组装的超疏水涂层制备方法。该方法可在任意材料表面快速形成超疏水涂层，是一种环境友好，快速简便以及具有极低滚动角的超疏水涂层的制备方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

本发明提供了一种基于聚多巴胺自组装的超疏水涂层制备方法，具体步骤如下：

s1：将盐酸多巴胺和纳米零价铁溶解于三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液中，得到混合溶液；所述混合溶液中盐酸多巴胺和纳米零价铁的摩尔浓度均为1～50mm；

s2：在室温下，将待涂覆材料浸渍于所述混合溶液中，使两者充分接触；

s3：将步骤s2浸渍后得到的材料取出，洗净烘干；

s4：将步骤s3得到的材料浸渍于低表面能改性剂中，使两者充分接触，洗净烘干后，在待涂覆材料表面得到基于聚多巴胺自组装的超疏水涂层。

作为优选，所述纳米零价铁通过液相还原法制备得到。

作为优选，所述步骤s2中，将待涂覆材料在混合溶液中沉积1～12h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为100～500r·min^-1。

作为优选，所述步骤s3和步骤s4中，烘干温度为50～120℃。

作为优选，所述超疏水涂层的静态水接触角为153.5°～160.5°，滚动角在1°以下。

作为优选，所述低表面能改性剂为含有全氟硅烷的甲醇和三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液混合溶液，低表面能改性剂中，全氟硅烷的体积分数为0.1～5％，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液的体积分数为5％；所述全氟硅烷优选为十七氟癸基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三甲氧基硅烷。

作为优选，所述低表面能改性剂为含有全氟硫醇的乙醇溶液，其中全氟硫醇的体积分数为0.1～5％；所述全氟硫醇优选为全氟癸基硫醇。

作为优选，所述低表面能改性剂为含有硬脂酸的水溶液，其中硬脂酸的质量分数为0.1％。

作为优选，所述步骤s4中的浸渍时间为1～60min。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

利用本发明的方法可在任意材料表面快速构建超疏水涂层，得到的超疏水涂层自组装速度极快，静态水接触角在1min低表面能改性后可达到160.5°；得到的超疏水涂层拥有极低的滚动角(<1°)，在自清洁和海洋防污领域有较大的应用潜力。通过本发明方法制备得到的超疏水涂层化学稳定性好，可耐强酸、弱碱、盐和有机溶剂，在复合材料制备、自清洁、油水分离以及海洋防腐与防污等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中得到的超疏水涂层的静态水接触角光学图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

实施例1

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺和0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，磁力搅拌使其充分溶解，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积4h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为200r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(5)量取1ml十七氟癸基三甲氧基硅烷、18ml甲醇和1ml和三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液于25ml烧杯中，磁力搅拌12h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到的低表面能改性剂中1min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为160.5°，滚动角低于1°。如图1所示，为本实施例中得到的超疏水涂层的静态水接触角光学图片，从图中可以看出，水滴在涂层表面呈现球状形态，水滴不浸润涂层表面。

实施例2

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺，0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，磁力搅拌使其充分溶解，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积1h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为100r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，50℃鼓风烘箱中干燥4h，备用。

(5)量取0.2ml十七氟癸基三甲氧基硅烷、18.8ml甲醇和1ml三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液于25ml烧杯中，磁力搅拌12h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到的低表面能改性剂中30min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为160.0°，滚动角低于1°。

实施例3

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺，0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，磁力搅拌使其充分溶解，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积4h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为180r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，120℃鼓风烘箱中干燥1h，备用。

(5)量取0.1ml十七氟癸基三甲氧基硅烷、18.9ml甲醇和1ml三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液于25ml烧杯中，磁力搅拌12h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到低表面能改性剂中10min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为157.2°，滚动角低于1°。

实施例4

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺，0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，磁力搅拌使其充分溶解，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积12h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为350r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(5)量取0.2ml全氟癸基硫醇和19.8ml乙醇于25ml烧杯中，磁力搅拌12h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到的低表面能改性剂中60min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，50℃鼓风烘箱中干燥4h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为153.5°，滚动角低于10°。

实施例5

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺，0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，磁力搅拌使其充分溶解，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积6h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为500r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(5)称取0.02g硬脂酸并量取19.98ml超纯水于25ml烧杯中，在85℃下磁力搅拌1h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到的低表面能改性剂中1min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，75℃鼓风烘箱中干燥2h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为160.2°，滚动角低于1°。

实施例6

本实施例中超疏水涂层的制备方法具体步骤如下：

(1)将载玻片在乙醇中超声脱脂30min，使用去离子水清洗3遍后放置于80℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(2)称取6.057g三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加适量超纯水溶解，转移至1l容量瓶中，定容，使用盐酸调节ph至8.5，得三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。

(3)称取0.1g盐酸多巴胺，0.014g纳米零价铁于100ml烧杯中，加入50ml通过步骤(2)制备得到的三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液，得到混合溶液。

(4)将载玻片浸渍于步骤(3)得到的混合溶液中沉积6h，同时伴有磁力搅拌，搅拌速度为400r·min^-1，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，40℃鼓风烘箱中干燥2h，备用。

(5)量取0.2ml十三氟辛基三甲氧基硅烷、18.9ml甲醇和1ml三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液于25ml烧杯中，磁力搅拌12h，得到低表面能改性剂。

(6)将步骤(4)得到的载玻片浸渍于步骤(5)得到的低表面能改性剂中10min，取出载玻片并使用去离子水清洗5遍，40℃鼓风烘箱中干燥2h，即可在载玻片表面制备超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的静态水接触角为158.3°，滚动角低于1°。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。