具有可逆性的超双亲性薄膜及其制法和用途制造技术

本发明专利技术特别涉及具有可逆性的超双亲性薄膜及其制法和用途。将０．５～３２ｍｏｌ的金属盐加入到７０～９８ｍｏｌ的有机溶剂中，超声波分散均匀，加入０．１～６ｍｏｌ稳定剂和０．０１～１．６３ｍｏｌ催化剂，制得透明溶胶，涂于基材表面，置于５５０～７２０℃的马氟炉中，保温０．０５～１．５小时，得到透明薄膜，外场诱导１０分钟～５小时后，得到摩尔含量为８０～９８％的ＴｉＯ↓［２］纳米粒子和２～２０％的金属氧化物纳米粒子组成的具有可逆性的超双亲性薄膜，经消除超双亲性效果的外场诱导，所述薄膜将失去超双亲性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可逆性的超双亲性薄膜及其制法和用途本专利技术属于功能材料
，特别是涉及具有可逆性的超双亲性(超亲水、超亲油)薄膜及其制法和用途。PCT专利WO 92/29375(国际公开日1996年26日)提出首先用钛酸酯加酸水解方法合成出一种胶体，然后用此胶体制备紫外光照射激发的超亲水性的TiO2薄膜。超亲水性是指水在固体表面的接触角趋于零。但超亲水性效果维持时间短，性能不稳定。文献中所报道的超亲水性薄膜，其超亲水性离开紫外光源后在暗处只能维持十几小时，当在暗处存放的时间进一步延长时，超亲水性薄膜表面的水的接触角逐渐变大，会逐渐失去超亲水性效果。中国专利技术专利(申请号：98124417.3；公开号：CN1224036A)曾提出一种加入纳米无机化合物粒子的钛溶胶-凝胶涂料，利用该钛溶胶-凝胶制备的二氧化钛薄膜材料能在紫外光照射后达到高度亲水性，可用于玻璃、陶瓷等表面的防雾和自清洁。其中，无机化合物纳米粒子是直接加到钛溶胶中，由于纳米粒子均具有高的表面能和大的比表面积的共同特征，因此，纳米粒子极易发生凝结或团聚，进而引起纳米粒子在钛溶胶-凝胶涂料中分散不均和沉降的问题。利用上述已有技术制出的薄膜存在的共同问题是：(1)只具备超亲水性，不具备超亲油性，所以不具备超双亲性。超双亲性是指水和油(以十六烷为标准)在固体表面的接触角均趋于零，即薄膜表面同时具有超亲水性和超亲油性。(2)诱导方式单一，可适用的场合少。文献报道的对超亲水薄膜的诱导激发方式只局限于紫外光照射，但在紫外光照射过程中，紫外光会对人体造成伤害，而且在许多使用场合都不适宜使用紫外光照射，因此，文献中的超亲水薄膜可适用的场合少。(3)超亲水性不可控制，只能自然放置消除。在已有的文献报道中，紫外光照射使二氧化钛表面达到超亲水效果后，只能通过在暗处放置十几个小时以后才能使超亲水效果逐渐丧失。这样，使超亲水性薄膜只能局限于需要表面有持续超亲水性的场合，而不能应用于间歇性需要超亲水性的场合。(4)对超亲水性薄膜的热处理温度低，都在550℃以下，而现有的玻璃生产线中，适于修饰超亲水薄膜的工艺步骤的温度均高于630℃，因此，已有的超亲水薄膜的制备工艺不适合现有的玻璃生产线，且所得到的超亲水薄膜的强度较低。-->本专利技术的目的之一在于克服已有技术中超亲水性薄膜存在的性能不稳定、诱导方式单一、热处理温度低和纳米粒子极易发生凝结或团聚的问题，而提供一种可用多种诱导方式激发、性能稳定、可高温处理的具有可逆性的超双亲性薄膜。本专利技术的再一目的在于利用溶胶-凝胶法制备金属氧化物的具有可逆性的超双亲性薄膜和用途。本专利技术的具有可逆性的超双亲性薄膜，由摩尔含量为80～98％的TiO2纳米粒子和2～20％的金属氧化物纳米粒子组成，所述纳米粒子的粒径为50～80nm；所述的薄膜同时具有超亲水性和超亲油性，即水和油(正十六烷)在薄膜表面上的接触角均趋于零；所述的薄膜在导致超双亲性效果的外场和消除超双亲性效果的外场交替诱导下，能实现水和油(正十六烷)在薄膜表面上的接触角迅速发生可逆变化。所述金属氧化物纳米粒子选自SnO2、ZnO、WO3、Al2O3、SrTiO3、In2O3、MoO3、Nb2O3、SiO2、ZrO2或它们的混合物。所述金属氧化物纳米粒子最好是由3～6种不同的金属氧化物纳米粒子以任意比例组成。本专利技术的具有可逆性的超双亲性薄膜的制备方法如下：(1)室温下，将0.5～32mol的金属盐加入到70～98mol的有机溶剂中，其中，所述金属盐是由摩尔含量为80～98％的钛盐和2～20％的其它金属盐组成，用超声波使金属盐在有机溶剂中分散均匀，得到一种透明的溶液；(2)将0.1～6mol的稳定剂加入到上述透明溶液中，室温下，在强烈搅拌下缓慢滴加0.01～1.63mol的催化剂，滴加完后，继续搅拌约0.1～8小时，生成含有部分水解的金属盐的混合物；(3)将上述混合物静置老化3～8小时，即制得纳米粒子均匀分散的透明溶胶；(4)将上述的透明溶胶旋涂、喷涂或浸涂于基材表面，在室温下干燥后，置于550～720℃的马氟炉中，保温0.05～1.5小时，得到透明薄膜；(5)将透明薄膜经导致超双亲性效果的外场作用10分钟～5小时后，得到具有可逆性的超双亲性薄膜。在步骤(5)后进一步有使所得超双亲性薄膜快速消除超双亲性效果的步骤是：(6)将上述超双亲性薄膜经消除超双亲性效果的外场诱导后，薄膜将失去超双亲性效果。所述外场诱导时间，可根据实际需要而定。所述金属盐最好由3～6种不同的金属盐以任意比例组成。所述钛盐包括钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四(2-乙基己)酯、钛酸四(十七)酯、二异丙氧基-二乙酰丙酮钛、二正丁氧基-二(三乙醇胺)钛、二羟基-二乳酸钛或四辛烯甘醇钛；其它金属盐包括四氯化锡、醋酸锡、氯化锌、醋-->酸锌、六水硝酸锌、碳酸锌、六氯化钨、二氯二氧化钨、碱式乙酸铝二水、无水氯化铝、异丙氧基铝、六水二氯化锶、碳酸锶、三氯化铟、五水硝酸铟、醋酸铟、钼酸铵、五氯化铌、四氯硅烷、四溴硅烷、硅酸四乙酯、硅酸四丁酯、二甲氧基二乙氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、四氯化锆、五水硝酸锆或次氯酸锆；所述有机溶剂可选择乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、氯仿、正己烷、苯、甲苯或四氯化碳；所述稳定剂可选用乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、甘油或1,3-丙二醇；所述催化剂可选用浓盐酸、醋酸、浓硝酸、浓硫酸或浓氨水。所述导致超双亲性效果的外场诱导的方式包括紫外光照射、等离子体激发、激光照射、400～500nm可见光照射、氩离子轰击或微波激发。所述消除超双亲性效果的外场是超声波或pH=4～6的弱酸环境。本专利技术制备的可逆的超双亲性薄膜用于物体的表面修饰，在许多方面均有很好的用途：(1)将具有可逆的超双亲性薄膜材料涂于玻璃、金属、陶瓷等基材表面，形成可逆的超双亲性薄膜，可使这些基材表面达到自清洁。如用于室内的装饰材料、浴室和卫生间的设备、商店的柜台及餐具的表面修饰，使他们达到易清水洗涤和去除油污的目的；也可以用于修饰道路标识、道路照明灯、路边广告牌、住宅外墙、室外雕塑、汽车的涂装和汽车灯等，这些被修饰物可利用降雨达到去除泥污的自清洁效果；(2)将具有可逆的超双亲性薄膜材料涂于玻璃和镜面表面，形成可逆的超双亲性薄膜，可防止玻璃和镜面表面产生雾水。可防止路边反光镜、浴室镜、化妆镜、冷柜门、飞机和汽车挡风玻璃、汽车反光镜、内视镜等表面产生雾水；(3)将具有可逆的超双亲性薄膜材料涂于玻璃和镜面表面，形成具有可逆的超双亲性薄膜，可防止玻璃和镜面表面水滴的形成。可用于路边反光镜、飞机和汽车挡风玻璃的表面修饰，防止这些被修饰物表面水滴的形成，利于提高透光性；(4)润滑减阻。将具有可逆的超双亲性薄膜用于精密仪器的轴承表面修饰，可使润滑油在轴承表面的高度扩展，大大提高润滑效率。(5)柱层析填料的修饰。由于本专利技术薄膜的超双亲性可用外场诱导使其迅速失去超双亲性功能，所以将具有超双亲性效果的界面材料一修饰柱层析填料，可进行高效的有机合成分离，生化分离，并可在分离之后，用外场诱导使被修饰填料失去超双亲性效果，快速使被吸附的组分从填料表面解析。本专利技术的具有可逆的超双亲性薄膜具有如下优点和效果：-->(1)由于本专利技术所使用的溶胶中纳米粒子分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可逆性的超双亲性薄膜的制备方法，其特征在于：薄膜的制备步骤为： （１）室温下，将０．５～３２ｍｏｌ的金属盐加入到７０～９８ｍｏｌ的有机溶剂中，其中，所述金属盐是由摩尔含量为８０～９８％的钛盐和２～２０％的其它金属盐组成，用超声波使金属盐在有机溶剂中分散均匀，得到一种透明的溶液； （２）将０．１～６ｍｏｌ的稳定剂加入到上述透明溶液中，室温下，在强烈搅拌下缓慢滴加０．０１～１．６３ｍｏｌ的催化剂，滴加完后，继续搅拌约０．１～８小时，生成含有部分水解的金属盐的混合物； （３）将上述混合物静置老化３～８小时，即制得纳米粒子均匀分散的透明溶胶； （４）将上述的透明溶胶旋涂、喷涂或浸涂于基材表面，在室温下干燥后，置于５５０～７２０℃的马氟炉中，保温０．０５～１．５小时，得到透明薄膜； （５）将透明薄膜经导致超双亲性效果的外场作用１０分钟～５小时后，得到具有可逆性的超双亲性薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CN 2000-3-29 00103574.61．一种具有可逆性的超双亲性薄膜的制备方法，其特征在于：薄膜的制备步骤为：(1)室温下，将0.5～32mol的金属盐加入到70～98mol的有机溶剂中，其中，所述金属盐是由摩尔含量为80～98％的钛盐和2～20％的其它金属盐组成，用超声波使金属盐在有机溶剂中分散均匀，得到一种透明的溶液；(2)将0.1～6mol的稳定剂加入到上述透明溶液中，室温下，在强烈搅拌下缓慢滴加0.01～1.63mol的催化剂，滴加完后，继续搅拌约0.1～8小时，生成含有部分水解的金属盐的混合物；(3)将上述混合物静置老化3～8小时，即制得纳米粒子均匀分散的透明溶胶；(4)将上述的透明溶胶旋涂、喷涂或浸涂于基材表面，在室温下干燥后，置于550～720℃的马氟炉中，保温0.05～1.5小时，得到透明薄膜；(5)将透明薄膜经导致超双亲性效果的外场作用10分钟～5小时后，得到具有可逆性的超双亲性薄膜。2．如权利要求1所述的具有可逆性的超双亲性薄膜的制备方法，其特征在于：在步骤(5)后进一步包括步骤(6)：将具有可逆性的超双亲性薄膜经消除超双亲性效果的外场诱导。3．如权利要求1所述的具有可逆性的超双亲性薄膜的制备方法，其特征在于：所述钛盐是钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四(2-乙基己)酯、钛酸四(十七)酯、二异丙氧基-二乙酰丙酮钛、二正丁氧基-二(三乙醇胺)钛、二羟基-二乳酸钛或四辛烯甘醇钛；其它金属盐是四氯化锡、醋酸锡、氯化锌、醋酸锌、六水硝酸锌、碳酸锌、六氯化钨、二氯二氧化钨、碱式乙酸铝二水、无水氯化铝、异丙氧基铝、六水二氯化锶、碳酸锶、三氯化铟、五水硝酸铟、醋酸铟、钼酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王融，蒋峰芝，宋延林，朱道本，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]