一种仿沙漠甲虫结构复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿沙漠甲虫结构复合材料及其制备方法，所述仿沙漠甲虫结构复合材料包括基材层、修饰层和亲水结构层；所述修饰层设置在所述基材层的表面；所述亲水结构层设置在所述修饰层的表面；所述基材层是聚合物材料、金属材料、无机非金属材料或它们的复合材料；所述修饰层是用疏水剂涂覆在将经过空气等离子体预处理过的基材层上形成的疏水修饰层；所述亲水结构层是具有亲水性聚合物颗粒的功能层。本发明专利技术新型仿沙漠甲虫结构复合材料可望用于材料水汽阻隔能力提升、沙漠集水、海水淡化等多种领域，且该新型结构的制备工艺简单，设备要求低，成本低，亲水部分与疏水表面具有粘附力强、结构稳定等优势，具有很高的市场价值和经济价值。和经济价值。和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种仿沙漠甲虫结构复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水汽阻隔功能复合材料制备
，具体涉及了仿沙漠甲虫结构复合材料及其制备方法，特别是一种具有仿沙漠甲虫结构的水汽阻隔功能复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]沙漠甲虫凭借由疏水区和亲水区组成的表面崎岖不平的外壳收集大量水滴，水汽遇到沙漠甲虫结构表面，会凝结为雾滴，当液滴的体积大小增长到临界尺度当自身重力大于粘附力时，液滴即会离开表面，从而实现液滴的收集或阻止水汽在表面的进一步渗透。由于仿沙漠甲虫结构在疏水区表面存在亲水组成部分，二者的极性差异较大，因而亲水部分在疏水表面的粘附力较弱，结构稳定性较差。
[0003]因此，如何设计一种新型的仿沙漠甲虫结构，且其具有制备工艺简单、设备要求低、成本低等优势，同时其亲水部分与疏水表面的具有粘附力强、结构稳定等优势，对扩展仿沙漠甲虫材料在水汽阻隔、沙漠集水、海水淡化等多种领域的应用具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对现有技术中仿沙漠甲虫结构的亲水部分在疏水表面的粘附力较弱，结构稳定性较差的不足，提供一种具有仿沙漠甲虫结构复合材料及其制备方法。
[0005]本专利技术新型仿沙漠甲虫结构复合材料具有良好的水汽阻隔性能，可望用于材料水汽阻隔能力提升、沙漠集水、海水淡化等多种领域，且该新型结构的制备工艺简单，设备要求低，成本低，亲水部分与疏水表面具有粘附力强、结构稳定等优势，具有很高的市场价值和经济价值。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种仿沙漠甲虫结构复合材料，包括基材层、修饰层和亲水结构层；
[0008]所述修饰层设置在所述基材层的表面；
[0009]所述亲水结构层设置在所述修饰层的表面；
[0010]所述基材层是聚合物材料、金属材料、无机非金属材料或它们的复合材料；
[0011]所述修饰层是用疏水剂涂覆在将经过空气等离子体预处理过的基材层上形成的疏水修饰层；
[0012]所述亲水结构层是具有亲水性聚合物颗粒的功能层。
[0013]本专利技术仿沙漠甲虫结构复合材料，具有水汽阻隔功能结构，通过在基材层和仿沙漠甲虫结构之间设置修饰层，同时实现了仿生结构的结合牢固性，以及仿生结构的亲水颗粒的均匀稳定结合效果。修饰层一方面是用疏水剂在经过空气等离子体预处理的基材层进行疏水修饰，实现牢固附着力的过渡层作用；另一方面疏水剂形成的修饰层是疏水修饰层，配合亲水结构层共同构成仿沙漠甲虫的疏水部分功能作用，进而通过修饰层和亲水结构层共同组建得到具有良好的仿沙漠甲虫的结构。
[0014]本专利技术复合材料中，基材层经过空气等离子体预处理，表面充分引入活性有机官能团，该有机基团可以有效提高基材层和结构层的粘附力，使得修饰层同时兼具疏水层和过渡层的作用，增强亲水部分与疏水部分共同构成仿生结构的稳定性。因而，本专利技术仿沙漠甲虫结构复合材料的水汽阻隔功能相较于一般的复合材料更加稳定，且疏水性能更加优秀。
[0015]进一步，所述亲水性聚合物主要由聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种组成，且至少含有水性聚氨酯和环氧树脂中的一种。
[0016]进一步，所述亲水结构层的亲水性聚合物颗粒尺寸不超过几微米，相比于现有技术普通的几百微米甚至毫米级别的仿沙漠甲虫结构尺寸更小、结构更精细，更加有利于对水汽的吸附和凝结，水汽阻隔效果更优，沙漠集水和海水淡化效率更优。例如亲水性聚合物颗粒尺寸不超5.0μm
[0017]进一步，所述亲水性聚合物颗粒是粒径0.1μm～5.0μm。通过所述亲水结构层和修饰层配合，分别形成仿生沙漠甲虫的疏水结构层和亲水结构层，利用所述亲水性聚合物颗粒吸附水汽成液滴，液滴聚集后由于疏水作用离开复合材料表面，达到很好的水汽阻隔作用。优选地，所述亲水性聚合物颗粒的大小为0.5μm～3.0μm。
[0018]本专利技术以沙漠甲虫亲水
‑
疏水相间表面提高集水效率为理论基础，在疏水修饰层表面结合上特殊润湿性能的颗粒化图案表面。该物理结构能够吸附的水汽更快速的在结构表面聚集并脱离表面，从而实现在材料表面即将大部分水汽阻挡排除掉，进而减少水汽在复合材料内部的溶解和扩散，实现提高材料水汽阻隔性能的目的。
[0019]进一步的，所述基材层是由聚合物材料、金属材料和无机非金属材料中的至少一种制成。优选地，所述基材层是橡胶、金属板材、陶瓷中的任意一种。
[0020]优选地，所述基材层为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氯代对二甲苯、聚氯代间二甲苯、聚氯代邻二甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、硅橡胶、不锈钢、铝、铜、铁、玻璃、陶瓷中的任意一种。
[0021]进一步，所述疏水剂是硅烷类疏水剂。
[0022]优选地，所述硅烷类疏水剂是3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷和1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0023]进一步，亲水结构层原料包括亲水聚合物(即亲水性聚合物)，以及水性聚氨酯和环氧树脂中的至少一种。所述水性聚氨酯和环氧树脂是可溶于水性溶剂的聚氨酯和可溶于水性溶剂的环氧树脂；所述亲水性聚合物是聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种。
[0024]水性聚氨酯或环氧树脂的引入可以进一步提高修饰层和结构层的粘附力，增强亲水部分与疏水部分的稳定性。同时，本专利技术用于形成亲水颗粒的聚合物还有部分会形成膜层连接颗粒和疏水修饰层，有利于进一步增加亲水颗粒部分和疏水表面的粘附力，从而提高仿沙漠甲虫结构的稳定性。
[0025]本专利技术的新型仿沙漠甲虫结构可将高水汽环境中的水汽分子主动吸附、凝结在其
表面为水滴，然后主动将材料表面水滴排除，进而不断循环吸附、凝结、排除，将材料表面的高水汽环境主动改善为低水汽环境，减少水汽在材料内部的溶解和扩散，从而提高其水汽阻隔性能。同时该物理结构也可以更高效地实现集水、海水淡化等功能。
[0026]进一步，所述亲水结构层是采用水性溶剂溶解亲水聚合物，以及水性聚氨酯和环氧树脂中的至少一种，制成的溶液，涂覆干燥而成的。
[0027]进一步，所述水性溶剂是甲醇、乙醇、乙醚、乙二醇乙醚、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0028]进一步，所述亲水聚合物的平均分子量为10000～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿沙漠甲虫结构复合材料，其特征在于，包括基材层(1)、修饰层(2)和亲水结构层(3)；所述修饰层(2)设置在所述基材层(1)的表面；所述亲水结构层(3)设置在所述修饰层(2)的表面；所述基材层(1)是聚合物材料、金属材料、无机非金属材料或它们的复合材料；所述修饰层(2)是用疏水剂涂覆在将经过空气等离子体预处理过的基材层(1)上形成的疏水修饰层(2)；所述亲水结构层(3)是具有亲水性聚合物颗粒的功能层。2.根据权利要求1所述仿沙漠甲虫结构复合材料，其特征在于，所述亲水性聚合物主要由聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种组成，且至少含有水性聚氨酯和环氧树脂中的一种。3.根据权利要求1所述仿沙漠甲虫结构复合材料，其特征在于，所述亲水性聚合物颗粒是粒径0.1μm～5.0μm。4.根据权利要求1所述仿沙漠甲虫结构复合材料，其特征在于，所述亲水聚合物颗粒的原料的平均分子量为10000～10000000g/mol。5.根据权利要求1所述仿沙漠甲虫结构复合材料，其特征在于，所述复合材料表面的水接触角不低于60
°
，且不高于100
°
。6.一种如权利要求1
‑
4任意一项所述仿沙漠甲虫结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、材料准备：准备基材层(1)：清洗干燥基材，用空气等离子体预处理基材层，备用；准备第一溶液：将疏水剂在无水乙醇中分散均匀，得到第一溶液，备用；准备第二溶液：将亲水结构层(3)原料均匀分散在第二溶剂中，得到第二溶液，备用；所述亲水结构层(3)原料包括亲水聚合物，以及水性聚氨酯和环氧树脂中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何周坤，詹浩然，梅军，曾文文，李红梅，杨小琛，潘锦源，陈国梁，卢苏阳，商云帆，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：