一种调控材料表面亲疏水性的方法技术

本发明专利技术提供一种调控材料表面亲疏水性的方法

【技术实现步骤摘要】
一种调控材料表面亲疏水性的方法、由所述方法得到的材料


[0001]本专利技术涉及防冰材料领域，进一步地说，是涉及一种调控材料表面亲疏水性的方法
、
以及由所述方法得到的材料
。

技术介绍

[0002]在低温环境下，时常会出现结
/
覆冰现象
。
因此，开展关于防覆冰材料的研究极具实际的应用价值
。
[0003]传统的防覆冰大多是基于除冰或融冰的方法，主要以热传导融冰
、
人工除冰等主动除冰方式为主，这种除冰方式会产生大量的能耗，并且存在防冰时间有限以及除冰不彻底的问题
。
此外，依靠材料自身性质，使得冰晶不易在其表面生长或者降低冰在材料表面的附着力，将会减少除冰时的额外能源消耗，从源头上缓解覆冰对生产生活的影响
。
基于此理念的防覆冰涂层具有能耗小
、
环境友好
、
适用范围广的优点，逐步成为研究的重点
。
[0004]不同的界面与冰的结合强度有所不同，
Golovin
等人测试了冰和
20
种不同表面之间的界面特性值
(Golovin,K,et al.Low
‑
interfacial toughness materials for effective large
‑
scale deicing.Science 2019,364,371
‑
375)。
其中，硅胶
、
尼龙以及聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
与冰界面之间的剪切强度分别为
107
±
12kPa、89
±
11kPa、18
±
2kPa。
可见聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
与冰界面之间的剪切强度低于大多数材料
。
此外，疏水的聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
本身具有较低的表面能，且易于加工，被认为是防覆冰材料的理想基底材料
。
[0005]界面上结冰是非均相成核过程，而不接触表面的水则进行的是均相成核过程
。
非均相成核的吉布斯自由能势垒
Δ
G
het
比均相成核势垒
Δ
G
k
小，所以理论上界面的水会优先形成冰核
。
非均相成核临界自由能和接触角之间的关系为：
Δ
G
het
＝
Δ
G
k
·
f(
θ
)
，当界面接触角
θ
越大，非均相成核临界自由能会越接近均相成核势垒，当接触角达到理论值
180
°
时，非均相成核能垒和均相成核能垒相等
。
所以如果材料表面越疏水，其冰成核能垒会越高，冰晶越不易在其表面形成，导致冰成核时间的延长
。
而且疏水界面与冰之间的粘附力较低，利于冰晶的去除
。
除了界面疏水性质受到广泛关注之外，界面的亲水性对防覆冰性能的提升也至关重要
。
亲水的界面往往存在大量的亲水性基团，其易破坏水分子之间的氢键，抑制冰晶的形成和生长，并在界面处形成一层润滑水层，从而降低冰的附着力
。
由此可见，材料表面的亲
、
疏水性质对材料的防覆冰性能均有影响
。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种调控材料表面亲疏水性的方法
。
本专利技术通过简单的机械拉伸即可在弹性体材料表面修饰亲水和
/
或疏水基团，并且修饰密度完全可控
。
本法专利技术通过在弹性体材料表面修饰亲水和
/
或疏水基团，用于延迟冰成核时间和
/
或降低冰粘附强度，以达到防覆冰的效果
。
[0007]首先，本专利技术的目的之一是提供一种调控材料表面亲疏水性的方法
。
[0008]所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一
、
制备可拉伸的弹性体材料；
[0010]步骤二
、
将步骤一制得的弹性体材料作为基底，在基底表面引入多羟基位点，带有疏水基团和
/
或亲水基团的试剂通过多羟基位点接枝于基底表面，得到表面修饰有亲水基团和
/
或疏水基团的材料
。
[0011]进一步地，在本专利技术的一优选实施例中，可拉伸的弹性体材料为聚二甲基硅氧烷弹性材料
。
[0012]其中，聚二甲基硅氧烷弹性材料采用以下方法制备得到，所述方法为：
[0013]将聚二甲基硅氧烷主副剂按照比例混合，除净气泡
、
固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性高分子材料
。
[0014]更具体地，聚二甲基硅氧烷弹性材料的制备方法为：
[0015]将聚二甲基硅氧烷主副剂按照比例进行混合，除净气泡；将混合物倒入直径
10
～
15cm
的圆形塑料培养皿中，每个培养皿分配5～
10g
的混合预聚体；将培养皿放入
50
～
60℃
烘箱中过夜，进行固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性高分子材料
。
[0016]优选地，聚二甲基硅氧烷主剂为聚二甲基硅氧烷预聚物
(
道康宁
184
有机硅弹性体预聚物
)
，聚二甲基硅氧烷副剂为聚二甲基硅氧烷固化剂
(
道康宁
184
有机硅弹性体固化剂
)
；聚二甲基硅氧烷固化剂的主要成分是含有活性硅烷基的有机硅化物，优选为甲基三乙氧基硅烷
(MTEOS)、
甲基三丙氧基硅烷
(MTPS)
的一种
。
[0017]优选地，聚二甲基硅氧烷主剂和副剂混合的质量比为
10
：1～
20
：
1。
聚二甲基硅氧烷主剂和副剂的质量比在此范围内时制备的聚二甲基硅氧烷弹性高分子材料
(PDMS)
能够进行充分拉伸，以满足不同拉伸应变下进行的疏水基团和
/
或亲水基团的程序化修饰
。
[0018]进一步地，在本专利技术的一优选实施例中，基底表面的多羟基位点是采用等离子体处理的方法引入的
。
其中，可采用
plasma
表面处理设备对基底进行等离子体处理
。
[0019]值得一提的是，基底可在未拉伸或拉伸状态下进行等离子体处理，在基体表面引入多羟基位点
。
本专利技术通过控制弹性体材料的拉伸应变，用以提供或隐藏弹性体材料表面的多羟基位点，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一
、
制备可拉伸的弹性体材料；步骤二
、
将步骤一制得的弹性体材料作为基底，在所述基底表面引入多羟基位点，带有疏水基团和
/
或亲水基团的试剂通过所述多羟基位点接枝于所述基底表面，得到表面修饰有亲水基团和
/
或疏水基团的材料
。2.
根据权利要求1所述的调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，所述弹性体材料为聚二甲基硅氧烷弹性材料
。3.
根据权利要求2所述的调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷弹性材料的制备方法为：将聚二甲基硅氧烷主副剂按照比例混合，除净气泡
、
固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性材料
。4.
根据权利要求3所述的调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷主剂和副剂的质量比为
10
：1～
20
：1；所述聚二甲基硅氧烷主剂为聚二甲基硅氧烷预聚物；所述聚二甲基硅氧烷副剂为聚二甲基硅氧烷固化剂；所述聚二甲基硅氧烷固化剂是含有活性硅烷基的有机硅化物；优选地，所述聚二甲基硅氧烷固化剂为甲基三乙氧基硅烷
、
甲基三丙氧基硅烷的一种
。5.
根据权利要求1所述的调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述基底可在未拉伸或拉伸状态下进行修饰多羟基位点；优选地，采用等离子体处理的方法在所述基底表面修饰多羟基位点
。6.
根据权利要求1所述的调控材料表面亲疏水性的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述疏水基团或亲水基团试剂接枝于所述基底表面的过程为以下两种方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤明，王亚培，吴连锋，王军军，宁亮，王波，王文瑾，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：