一种温敏性水凝胶漆及其制备方法、涂层与涂层的应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种温敏性水凝胶漆及其制备方法、涂层与涂层的应用。温敏性水凝胶漆的制备主要包括以下步骤：（1）以吡咯、氯化氢和氯化锂为原料，通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；（2）向丙烯酰胺和丙烯酸的混合单体中引入氯掺杂的聚吡咯、氯化锂、硅烷偶联剂、链转移剂和引发剂，制备得到温敏性水凝胶漆。本发明专利技术的制备工艺简单成熟，绿色环保，温敏性水凝胶漆的制备分步进行，生产过程中的条件较为温和，无需无氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。

【技术实现步骤摘要】
一种温敏性水凝胶漆及其制备方法、涂层与涂层的应用


[0001]本专利技术涉及集水材料
，具体涉及一种温敏性水凝胶漆的及其制备方法、涂层与涂层的应用。

技术介绍

[0002]地球约有70%的面积覆盖着水，但真正能供人类取用的淡水资源极少，目前全球约有11亿人口的生活受到水资源短缺的困扰。为了有效缓解淡水短缺的压力，起初以膜过滤或热脱盐为技术基础对污水或海水进行处理，从而获得可供人类使用的淡水资源，但该类方法成本高、耗能大，更适合大规模的集中产水，集水策略不具有普适性。
[0003]大气水是指存在于空气中的水气及其派生的液态水和固态水的总和。数据显示，大气层中存在多达3750亿加仑的大气水，足以满足全球人类的淡水需求。与传统集水策略不同的是，大气集水技术能够在不影响天然淡水生态系统的前提下，不受环境限制为人类提供优质水源。大气集水包括吸水和释水两个步骤。为了降低吸水过程中的能耗，扩大其环境应用范围，现今主要是利用具有高比表面积且亲水的功能材料，如MOF、分子筛、可潮解无机盐以及多孔气凝胶等，结合物理吸附和化学键合来代替高能耗的物理冷却凝结。然而，相比于研究较为成熟的吸水过程，目前最常采用加热材料使水分蒸发达到释放水的目的，但鉴于吸附材料与水分子间的强相互作用大大阻碍了水的释放，蒸发焓增加的同时也增加了解吸的能量势垒，因而仍难以满足大气集水的基本需求。
[0004]设计温敏性的集水材料（例如温敏性水凝胶），大气水可在凝胶表面液化后通过多孔通道转移至亲水性三维网络内部，凭借其固有的最高共溶温度（UCST）的特性或最低共溶温度（LCST）的特性，在不同温度下凝胶的三维网络发生可逆的溶胀吸水或皱缩释水，最终获得纯净淡水，即可实现空气取水、原位储水及响应放水三位一体的功能。但高分子水凝胶的合成经自由基聚合反应，需要无氧、高温、紫外辐射等引发条件，生产环境要求苛刻。在实际的日常应用中，只能根据现有条件制备固定外观尺寸的集水凝胶，无法适应不同的实际应用环境，根据使用者的实际需求制备大面积的温敏性水凝胶涂层。

技术实现思路

[0005]针对高分子集水凝胶生产条件苛刻、尺寸固定不能适应不同应用环境的的技术问题，本专利技术提供一种温敏性水凝胶漆的及其制备方法、涂层与涂层的应用。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种温敏性水凝胶漆的制备方法，具体包括以下步骤：（1）以吡咯、氯化氢和氯化锂为原料，通过化学氧化法制得氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；（2）向丙烯酰胺和丙烯酸的混合单体中引入氯掺杂的聚吡咯、氯化锂、硅烷偶联剂、链转移剂和引发剂，制备得到温敏性水凝胶漆。
[0007]进一步的，步骤（1）具体包括：A1.将吡咯在去离子水中超声分散后得到吡咯水溶液；
A2.将氯化锂溶解于HCl水溶液中得到LiCl/HCl水溶液；A3.将过硫酸铵作为引发剂溶解于去离子水中得到过硫酸铵水溶液；A4.将吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液滴加到LiCl/HCl水溶液中，经聚合反应得到氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒。
[0008]进一步的，吡咯与去离子水体积比为0.067
‑
0.12:1，LiCl/HCl水溶液中LiCl和HCl的物质的量浓度比为0.66
‑
1.07:1，过硫酸铵的水溶液浓度控制在0.01 mol/L。
[0009]进一步的，A4步骤中吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，滴加速度为每10秒滴加0.05
‑
0.2mL。
[0010]进一步的，步骤（2）具体包括：B1.将丙烯酰胺、丙烯酸、步骤（1）中制备的氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒、氯化锂和链转移剂3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液加入至去离子水中，制备均匀的温敏性水凝胶漆前驱体溶液；丙烯酰胺与丙烯酸的物质的量为1:4
‑
4:1，可聚合单体在前驱体溶液中的浓度为2mol/L，用于构建温敏性能显著的聚合物三维网络；3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷与四氢呋喃的体积比控制在9:1，温敏性水凝胶漆前驱体溶液中链转移剂的体积分数为0.2vol%，控制共聚物的交联程度；B2.向温敏性水凝胶漆前躯体溶液中加入3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，并加入过硫酸铵作为引发剂；B3.将温敏性水凝胶漆前躯体溶液在45
‑
50℃时引发共聚物交联反应，反应时间为15
‑
20min，获得温敏性水凝胶漆；避免高温导致硅烷偶联剂的过度缩合和交联。
[0011]进一步的，温敏性水凝胶前驱体溶液中氯掺杂的聚吡咯浓度≤10mg/mL，LiCl的质量分数≤8wt%，保证材料吸湿性能的同时避免纳米颗粒和可潮解盐的团聚。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种根据上述方法制备的温敏性水凝胶漆。
[0013]第三方面，本专利技术提供一种温敏性水凝胶涂层，利用上述的温敏性水凝胶漆覆盖于羟基化基底上，通过高温固化制得。
[0014]进一步的，温敏性水凝胶涂层的制备方法包括如下步骤：C1.通过氧气等离子体和/或紫外
‑
臭氧处理将目标基底表面羟基化，将温敏性水凝胶漆覆盖于目标基底表面；C2.对目标基底进行固化，固化温度为80
‑
85℃，固化时间为3
‑
5min；固化后涂层与基底之间形成了共价交联。
[0015]进一步的，步骤C2中制得的吸水凝胶涂层的厚度、长度和宽度根据应用环境需求确定，厚度优选为0.2
‑
0.7cm。
[0016]第四方面，本专利技术提供一种上述温敏性水凝胶涂层在大气集水中的应用，其工作原理为白天环境温度高于共聚物网络固有的UCST（15℃）点时，聚合物网络中的氢键断裂，水气被吸附并在凝胶表面液化，随后通过溶胀作用转移至高度亲水的水凝胶网络中，完成从潮湿的空气中吸水过程；在夜晚，环境温度低于凝胶网络UCST（15℃）点时，聚合物网络中的氢键重新形成，溶胀的网络皱缩，从而使水分被挤压出来，最终实现大气水的收集。
[0017]进一步的，水凝胶漆的集水环境温度为20
‑
40℃，湿度为40%
‑
90%。
[0018]本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术温敏性水凝胶漆的制备工艺简单成熟，绿色环保，生产过程中条件温和
无需无氧以及紫外光辐照等苛刻生产条件。
[0019]2.温敏性水凝胶漆经冻干后成粉末状态，方便储存，溶于水后可再度形成水凝胶漆，使用方便，绿色环保。
[0020]3.温敏性水凝胶漆的制备可以通过改变原料的投料比（可聚合单体、吸湿功能分子）来调控材料的温敏性及大气集水性能；相比于现有温敏性集水凝胶材料不理想的集水性能（0.8克/4小时），该温敏性水凝胶漆集水性能有显著提升（110克/4小时），且制备方法简单，易于推广，有利于水资源匮乏地区实现高效集水。
[0021]4.温敏性水凝胶漆涂层的制备不受基底材料、覆盖方式及涂层制备环境的限制，有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒，具体步骤包括：A1.将吡咯在去离子水中超声分散后得到吡咯水溶液；A2.将氯化锂溶解于HCl水溶液中得到LiCl/HCl水溶液；A3.将过硫酸铵作为引发剂溶解于去离子水中得到过硫酸铵水溶液；A4.将吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液滴加到LiCl/HCl水溶液中，经聚合反应得到氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒；（2）向丙烯酰胺和丙烯酸的混合单体中引入氯掺杂的聚吡咯、氯化锂、硅烷偶联剂、链转移剂和引发剂，制备得到温敏性水凝胶漆。2. 如权利要求1所述的一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，步骤（1）中吡咯与去离子水体积比为0.067
‑
0.12:1，LiCl/HCl水溶液中LiCl和HCl的物质的量比为0.66
‑
1.07:1，过硫酸铵水溶液浓度控制在0.01 mol/L。3.如权利要求1所述的一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，A4步骤中吡咯水溶液和过硫酸铵水溶液交替滴加到LiCl/HCl水溶液中，滴加速度为每10秒滴加0.05
‑
0.2mL。4.如权利要求1所述的一种温敏性水凝胶漆的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：B1.将丙烯酰胺、丙烯酸、步骤（1）中制备的氯掺杂的聚吡咯纳米颗粒、氯化锂和链转移剂3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓，李辰灿，王玲，
申请(专利权)人：齐鲁师范学院，
类型：发明
国别省市：