【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及疏水涂层及其制法，具体为一种水泥基材料表面仿生疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
1、水泥基材料表面及内部存在大量细小的孔洞，使其极易受到水分和离子的渗透与侵蚀，进而与各种水化产物发生复杂的化学反应，造成水泥基材料结构的破坏，力学性能下降。近些年来，仿生学不断发展，许多仿生有机涂层材料被设计出来。然而，有机防护材料不能很好地与无机水泥基体相容，而有机的涂层则难以与潮湿表面建立强粘结力，尤其是疏水型涂层难以直接在亲水的潮湿水泥基材料表面直接形成防护涂层，而需使表面先干燥后，方可进行防护施工。因此，传统的疏水涂层用于水泥基材料表面，尤其是潮湿的水泥基材料表面时会出现力学性能下降、防水性差等问题。贻贝可以在潮湿的海洋环境下利用其丝足在各种基质表面形成强大的粘附力，其黏附蛋白中的邻苯二酚官能团是实现强黏附的关键。受此启发，具有邻苯二酚官能团的多巴胺被广泛研究。lee等人提出了一种方法，将薄膜基底浸入多巴胺水溶液中，通过多巴胺的自聚合作用形成附着在基底表面的pda涂层。在以往的研究中，多巴胺疏水涂层的制备通常涉及pda涂层的沉积和涂层后续的二次疏水改性过程。例如，cao等人将黄铜基材浸入多巴胺水溶液中，在其表面制备pda涂层，然后用全氟癸硫醇(pfdt)对其进行改性，从而获得疏水表面。经疏水改性的黄铜基材的耐腐蚀性能也得到显著提高。然而，这些方法需要在基底表面进行多次沉积才能生成具有疏水性能的pda涂层。
2、申请号为201910847215.x的中国专利公开了一种混凝土防腐涂层及其制备方法，其需要在混凝土表面依次
3、总的来说，现有的混凝土疏水涂层制备方法，操作步骤繁琐，原料组分复杂，实验条件苛刻，对表面干燥性要求强，实际应用性不强，沉积均匀性较难控制。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种疏水性好、沉积均匀的水泥基材料表面仿生疏水涂层，本专利技术的再一目的是提供一种简单便捷的、可以潮湿防护的水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法。
2、技术方案：本专利技术所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，包括含有邻苯二酚基团的有机物0.1～0.6份，十二胺0.2～3份，tris缓冲溶液17～75份，无水乙醇13～69份，双氧水0.1～0.5份，沉积助剂0.1～1份；涂层表面微结构为板块状和小球状。
3、进一步地，沉积助剂为铜离子溶液、镁离子溶液、铁离子溶液和钙离子溶液中的一种或多种，优选为硫酸铜溶液。
4、进一步地，含有邻苯二酚基团的有机物为多巴胺、酚醛、单宁酸中的任意一种，优选为多巴胺。进一步地，涂层表面微结构通过调整tris缓冲溶液和无水乙醇的比例、多巴胺和十二胺的比例、不同类型的沉积助剂来实现调控。例如，当tris缓冲溶液与乙醇体积比低于1:3时，pda衍生物多为零散的小球状；当比例高于5:1时，多为板块状，且都覆盖率较少，沉积厚度过低，致使涂层疏水性能降低。当十二胺的用量不断增大，零散的小球状pda衍生物数量随之增多，块状的pda衍生物逐渐减少。当加入金属盐离子cu2+，fe3+，ca2+后，pda涂层在混凝土表面的覆盖率和致密度均有所提升，pda衍生物更倾向于聚团结构和块状结构，进而在宏观性能上提高疏水涂层的疏水性。
5、本专利技术所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将含有邻苯二酚基团的有机物、十二胺、tris缓冲溶液和无水乙醇均匀混合，装入喷涂沉积溶液的雾化装置容器的中间部分；
7、(2)将沉积助剂和双氧水分装到雾化装置的两侧容器中；
8、(3)将水泥试块的每个面进行喷涂，然后在空气中干燥，循环喷涂-干燥过程；
9、(4)喷涂完成后冲洗表面，自然干燥，得到水泥基材料表面仿生疏水涂层。
10、进一步地，步骤(1)中，tris缓冲溶液、无水乙醇的体积比为1:3～5:1，多巴胺、十二胺的质量比为1:1～30。优选地，tris缓冲溶液、无水乙醇的体积比为3:1，多巴胺、十二胺的质量比为1:1。
11、进一步地，步骤(2)中，沉积助剂的浓度为2～3g/l，双氧水的浓度为0.1～0.2g/l。
12、进一步地，步骤(3)中，喷涂的距离为5～10cm，干燥的时间为10～15min，喷涂时始终保持雾化喷嘴与水泥试块垂直。循环周期为6～8次。
13、进一步地，步骤(4)中，冲洗是用去离子水和无水乙醇交替冲洗。自然干燥的时间为24～30h。
14、制备原理：模仿海洋生物贻贝的黏附机制，以水相溶液和乙醇溶液为两种组分。水相溶液中含有多巴胺、双氧水和沉积助剂。多巴胺具有邻苯二酚结构，含有大量的苯环和酚羟基，苯环之间通过π-π相互作用紧密结合，增强内聚力。酚羟基与基材表面形成氢键，实现黏附。双氧水可以将酚羟基氧化成醌，同时，由于沉积助剂的存在，提供了金属-dopa相互作用，增强了黏附的机械强度。乙醇溶液中含有疏水分子十二胺。十二胺是一种低自由能物质，赋予了pda涂层的疏水特性。
15、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
16、1、采用一步共沉积法在水泥基材料表面制备了仿生疏水涂层，并成功优化了制备的溶液成分条件，所制备的涂层具有疏水性好、沉积均匀的特点；
17、2、在潮湿表面直接喷涂后即可达到高度疏水效果，操作上更加简单便捷，在实际应用中也具有较强的可实行性，可以应用于海水环境下、水工环境、以及潮湿环境中水泥基材料表面的疏水防护。
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1.一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：包括含有邻苯二酚基团的有机物0.1～0.6份，十二胺0.2～3份，tris缓冲溶液17～75份，无水乙醇13～69份，双氧水0.1～0.5份，沉积助剂0.1～1份；所述涂层表面微结构为板块状和小球状。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：所述沉积助剂为铜离子溶液、镁离子溶液、铁离子溶液和钙离子溶液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：所述含有邻苯二酚基团的有机物为多巴胺、酚醛、单宁酸中的任意一种。
4.一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，tris缓冲溶液、无水乙醇的体积比为1:3～5:1，多巴胺、十二胺的质量比为1:1～30。
6.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，沉积助剂的浓度为2～3g/L，双氧水的浓度为0
7.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，喷涂的距离为5～10cm，干燥的时间为10～15min，喷涂时始终保持雾化喷嘴与水泥试块垂直。
8.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，循环周期为6～8次。
9.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，冲洗是用去离子水和无水乙醇交替冲洗。
10.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，自然干燥的时间为24～30h。
...【技术特征摘要】
1.一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：包括含有邻苯二酚基团的有机物0.1～0.6份，十二胺0.2～3份，tris缓冲溶液17～75份，无水乙醇13～69份，双氧水0.1～0.5份，沉积助剂0.1～1份；所述涂层表面微结构为板块状和小球状。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：所述沉积助剂为铜离子溶液、镁离子溶液、铁离子溶液和钙离子溶液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层，其特征在于：所述含有邻苯二酚基团的有机物为多巴胺、酚醛、单宁酸中的任意一种。
4.一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种水泥基材料表面仿生疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，tris缓冲溶液、无水乙醇的体积比为1:3～5:1，多巴胺、十二胺的质...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋金洋，郑红丽，王晓天，刘志勇，张嘉文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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