一种超分子聚合物、自修复疏油涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种超分子聚合物、自修复疏油涂层及其制备方法与应用，所述的超分子聚合物PDMS‑Cat‑M是配体化合物PDMS‑Cat与金属离子M的配合物，是由多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基聚二甲基硅氧烷进行共聚得到配体化合物PDMS‑Cat，再与金属离子M进行配位反应得到的，所述超分子聚合物能用于制备具有自修复性能的疏油涂层，在自清洁、防结冰、抗污染及化学防护等环境、化学和生物领域均具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超分子聚合物、自修复疏油涂层及其制备方法与应用
本专利技术是关于一种超分子聚合物、自修复疏油涂层及其制备方法与应用，所述的超分子聚合物能用于制备具有自修复性能的疏油涂层，在自清洁、防结冰、抗污染及化学防护等环境、化学和生物领域均具有良好的应用前景。
技术介绍
对油污具有防护能力的疏油涂层在生活及工业中具有广阔的应用前景，包括抗污、防冰、化学防护及油类运输等等。现有技术的疏油涂层一般通过在材料表面构筑微纳米结构使其粗糙化，同时修饰一层表面能低的氟化物来达到疏油的目的；或者在多孔基底上灌注惰性的润滑油形成滑移界面而制得。虽然这些疏油涂层展现出较佳的拒油能力，但其耐久度往往得不到保证，因为在正常使用过程中涂层难免会受到物理上的磨损或其它损伤。为了提升疏油涂层的持久使用性，目前的方法大多为通过增强涂层结构的稳定性或采用强度较高的材料来制备疏油涂层(相关技术例如可参见CN107033718A)。但是这类方法还是不能避免涂层本身在受到外界破坏时失去其疏油性能。有研究人员利用含氟小分子加热后在涂层中的扩散性，制备出化学上具有自修复性能的疏油涂层，这种方法能够在一定程度上有效地提升涂层对于外界环境的抵抗力(相关技术例如可参见CN108148489A)。然而，当氟化分子消耗完或者当受到严重的物理损伤时，这种具有化学“自修复”性的疏油涂层往往会失去作用。因此，开发出具有物理损伤自修复能力的疏油涂层对其长久使用来说具有至关重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种可自修复的疏油涂层，其能够在遭受严重的物理损伤后恢复其原本的构造与表面性能。本专利技术的另一目的在于提供制备可自修复的疏油涂层的材料。本专利技术的另一目的在于提供制备可自修复的疏油涂层的材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供所述可自修复的疏油涂层的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供制备可自修复的疏油涂层的材料的应用。本专利技术的另一目的在于提供所述可自修复的疏油涂层的应用。一方面，本专利技术提供了一种制备可自修复的疏油涂层的材料，其是一种超分子聚合物，本专利技术中命名为PDMS-Cat-M。具体而言，本专利技术提供了一种超分子聚合物PDMS-Cat-M，一种超分子聚合物PDMS-Cat-M，其是配体化合物PDMS-Cat与金属离子M的配合物，其中，配体化合物PDMS-Cat具有如下结构：其中，n取值范围5～20，m取值范围1～4。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的超分子聚合物PDMS-Cat-M，其是由多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基聚二甲基硅氧烷进行共聚得到配体化合物PDMS-Cat，再与金属离子M进行配位反应得到的。本专利技术的超分子聚合物含有非共价键双交联网络，包含有大量的氢键与金属离子配位键，这两者均为动态的非共价键，在一定条件下能够断裂后重新形成，从而使得所制备的聚合物涂层具有自修复性能。涂层的疏油性主要源于超分子聚合物中的聚二甲基硅氧烷(PDMS)链段，其密集分布在涂层表面，并与油滴的相互作用很小，从而达到使油滴从涂层表面滑走的效果。同时，通过改变配位金属离子，可以制备得到光学及机械性能可调的疏油涂层。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的超分子聚合物PDMS-Cat-M，其中，所述M为锌离子、钙离子、钴离子或铁离子，优选为二价锌离子、二价钙离子、二价钴离子或三价铁离子。另一方面，本专利技术还提供了一种配体化合物PDMS-Cat，其具有如下结构：其中，n取值范围5～20，m取值范围1～4。另一方面，本专利技术还提供了所述的超分子聚合物的制备方法，该方法包括：将金属离子盐的乙醇溶液加入溶有PDMS-Cat的四氢呋喃中，充分搅拌并加入三乙胺使PDMS-Cat与金属离子M进行配位反应，继续搅拌至溶剂挥发完全，得到超分子聚合物PDMS-Cat-M。根据本专利技术的具体实施方案，选择性地，本专利技术的超分子聚合物PDMS-Cat-M的制备方法还包括制备配体化合物PDMS-Cat的过程：由多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS)三者进行共聚得到配体化合物PDMS-Cat。优选地，反应操作为将异佛尔酮二异氰酸酯的二甲基甲酰胺溶液逐滴加入至多巴胺盐酸盐与端氨基PDMS的混合溶液中。从而，另一方面，本专利技术还提供了配体化合物PDMS-Cat的制备方法。本专利技术所涉及的超分子聚合物合成过程简单，除配体化合物PDMS-Cat外，采用的原料均可为常见的工业生产原料。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，所述端氨基PDMS的相对分子质量为500～3000。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基PDMS三者的摩尔比值为1:6～11:5～10。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，异佛尔酮二异氰酸酯的二甲基甲酰胺溶液浓度为0.1～0.15mol/L。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，多巴胺盐酸盐与端氨基PDMS的混合溶液包括多巴胺盐酸盐的二甲基甲酰胺溶液及端氨基PDMS的二氯甲烷溶液，其浓度均为0.1～0.15mol/L。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，所述共聚反应在无氧条件下进行。优选地，共聚反应过程中，搅拌速度为500～800转/分钟。优选地，共聚反应温度为室温，时间为3～6h。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，所述金属离子盐的乙醇溶液的浓度为5～15g/L。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，二价金属离子与PDMS-Cat的摩尔比值为1:2,三价金属离子与PDMS-Cat的摩尔比值为1:3。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，将金属离子盐的乙醇溶液加入溶有PDMS-Cat的四氢呋喃中时，相对于每100gPDMS-Cat，四氢呋喃的用量为200～300mL。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的方法中，将金属离子盐的乙醇溶液加入溶有PDMS-Cat的四氢呋喃中，充分搅拌并加入三乙胺使PDMS-Cat与金属离子M进行配位反应时，相对于每100gPDMS-Cat，三乙胺的用量为0.3～0.5mL。另一方面，本专利技术还提供了所述的超分子聚合物PDMS-Cat-M在制备具有自修复性能的疏油涂层中的应用。另一方面，本专利技术还提供了一种具有自修复性能的疏油涂层，其是采用所述的超分子聚合物PDMS-Cat-M制备得到的。根据本专利技术的具体实施方案，所述的具有自修复性能的疏油涂层的光学及机械性能可通过改变配位的金属离子进行调控。本专利技术的具有自修复性能的疏油涂层可由所述的含有非共价键双交联网络的超分子聚合物所组成，并通过简单的浇筑法制备得到。另一方面，本专利技术还提供了所述的具有自修复性能的疏油涂层的制备方法，该方法包括步骤：将PDMS-Cat-M溶解于四氢呋喃中得到PDMS-Cat-M聚合物溶液，聚合物溶液直接浇筑在基底上，干燥，得到具有自修复性能的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超分子聚合物PDMS-Cat-M，其是配体化合物PDMS-Cat与金属离子M的配合物，其中，配体化合物PDMS-Cat具有如下结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种超分子聚合物PDMS-Cat-M，其是配体化合物PDMS-Cat与金属离子M的配合物，其中，配体化合物PDMS-Cat具有如下结构：



其中，n取值范围5～20，m取值范围1～4。


2.根据权利要求1所述的超分子聚合物PDMS-Cat-M，其中，所述M为锌离子、钙离子、钴离子或铁离子，优选为二价锌离子、二价钙离子、二价钴离子或三价铁离子。


3.一种配体化合物PDMS-Cat，其具有如下结构：



其中，n取值范围5～20，m取值范围1～4。


4.权利要求1或2所述的超分子聚合物PDMS-Cat-M的制备方法，该方法包括：
将金属离子盐的乙醇溶液加入溶有PDMS-Cat的四氢呋喃中，充分搅拌并加入三乙胺使PDMS-Cat与金属离子M进行配位反应，继续搅拌至溶剂挥发完全，得到超分子聚合物PDMS-Cat-M；
选择性地，所述的超分子聚合物PDMS-Cat-M的制备方法还包括制备配体化合物PDMS-Cat的过程：由多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基聚二甲基硅氧烷(PDMS)三者进行共聚得到配体化合物PDMS-Cat；优选地，反应操作为将异佛尔酮二异氰酸酯的二甲基甲酰胺溶液逐滴加入至多巴胺盐酸盐与端氨基PDMS的混合溶液中。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述端氨基PDMS的相对分子质量为500～3000；
优选地，多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基PDMS三者的摩尔比值为1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚希，易波，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81