含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜及其製備方法
2023-10-07 23:01:14 1
專利名稱：含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種納米材料應用技術領域的薄膜及其製備方法，具體是一種含 疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜及其製備方法。
背景技術：
潤溼性是固體表面的重要特質之一，主要由表面的化學組成和微觀幾何結構共同 決定。近年來，隨著納米技術的飛速發展，使表面潤溼性的研究得到了進一步的發展，人們 通過在固體表面構築微觀結構並結合化學修飾，得到各種特殊潤溼性能的表面，例如超疏 水表面、超疏油表面，超親水表面以及超親油表面。超疏水表面通常是指水的接觸角大於 150°且滾動角小於10°的表面，由於其特殊的疏水性能和自清潔性能，無論在基礎研究還 是工業應用上都受到廣泛的關注。經對現有技術的文獻檢索發現，Qian Feng Xu等在《ACS ΝΑΝΟ》2010年第4卷 2201 2209頁上報導了一種有機/無機納米複合材料製備超疏水表面的方法，具體方法 為用溶膠凝膠浸漬提拉法在玻璃基底上形成二氧化矽薄膜，經氟矽烷修飾後得到超疏水錶 面，不足之處在於溶膠的製備、多次提拉塗膜以及化學修飾等操作繁瑣複雜，且成本較高， 難以實現工業化。檢索還發現，中國專利文獻號CN101456016A，
公開日2009_6_17，記載了一種「聚 合物疏水表面的製備方法」，該技術通過配製聚合物分散液和疏水性二氧化矽分散液；將聚 合物分散液和疏水性二氧化矽分散液混合均勻後製成疏水塗料；採用噴槍將疏水塗料均勻 噴塗至清洗乾淨的基面上；最後對經噴塗的基面進行熱處理，待冷卻後得到疏水的表面。但 是該技術所用聚合物均難以降解；所得聚合物表面需在160 300°C下熱處理後方具備疏 水性能，能耗較高。納米二氧化矽微粒，俗稱白炭黑，是一種無味、無毒、無汙染的非金屬材料，因其具 有小尺寸效應、表面界面效應、量子尺寸效應和特殊的光、電特性，以及在高溫下仍具有高 強韌、高穩定性等特性，使其具有廣闊的應用前景和商業價值。殼聚糖作為天然高分子膜材 料，由於含有大量羥基而具有很強的親水性，同時生物兼容性好，可生物降解，無毒副作用， 在醫藥、化工、食品等領域受到廣泛的關注。但是殼聚糖的機械強度較差，因此對殼聚糖薄 膜進行疏水性的納米修飾，不僅可以提高其性能，並且得到具有特殊潤溼性能的有機/無 機納米複合材料。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種含疏水納米二氧化矽微粒的疏水 性殼聚糖薄膜及其製備方法，本方法工藝流程簡單、低成本、無汙染、無毒副作用，即在玻 璃、矽片、鋼片的表面經旋塗得到含有疏水納米二氧化矽微粒的具有疏水性的殼聚糖薄膜。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明通過製備含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液並添加戊二醛作為交聯劑後旋塗於基片上，進行熱處理得到疏水性殼聚糖薄膜。所述的基片為玻璃基片、矽片或鋼片，該基片預先置於乙醇中超聲清洗，再用去離 子水清洗並晾乾。所述的製備含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液是指將分子量為 5000 50000g/mol的殼聚糖添加到乙酸水溶液中，充分溶解得到A溶液；將疏水納米二氧 化矽微粒置於乙醇中，超聲分散5 30分鐘得到B液；將A、B液按體積1 1 1 3的 比例混合。所述的乙酸與水的比例為0 0. 02g/mL，所述的殼聚糖與乙酸水溶液的比例為 0. 01 0. lg/mL ；所述的納米二氧化矽微粒與乙醇的比例為0. 02 0. 07g/mL ；所述的戊二醛與含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液的體積比為 1 100 1 30。所述的旋塗是指以500r/s 2000r/s的轉速塗覆於晾乾的基片表面。所述的熱處理是指採用真空烘箱在40 60°C下充分乾燥。所述的納米二氧化矽微粒為聚二甲基矽氧烷修飾的疏水性二氧化矽粉末，平均粒 徑為14納米。本發明得到的含有疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的接觸角大於 130°，此薄膜可用於防水、防汙、無損液體運輸等領域。本發明的方法利用成本較低的殼聚糖和納米二氧化矽微粒為原料，採用一種簡單 的旋塗技術，在不同的基片表面製備了疏水性薄膜。該方法工藝步驟少、所需設備簡單、易 於操作，而且殼聚糖薄膜無毒無汙染，是一種綠色環保的疏水材料。
圖1是實施例1得到的超疏水殼聚糖薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖2是水滴在實施例1得到的超疏水殼聚糖薄膜上的光學放大照片。圖3是水滴在實施例1得到的超疏水殼聚糖薄膜上滾落的光學放大照片。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。實施例1(1)將玻璃基片放入乙醇中超聲清洗，再用去離子水清洗並晾乾。(2)將0. 4g分子量為50000g/mol的殼聚糖添加到5mL乙酸水溶液中(乙酸與水 的比例為0. 02g/mL)，充分溶解得到A溶液；將0. 2g納米二氧化矽微粒置於3mL乙醇中，超 聲分散30分鐘得到B液；將A、B液混合，再加入0. ImL戊二醛，超聲分散20分鐘，混合均勻 後得到C溶液。(3)將C溶液旋塗(2000r/s)於晾乾的玻璃基片表面，在真空烘箱內40°C下保溫 30分鐘，以充分乾燥，得到疏水性殼聚糖薄膜，該疏水性薄膜的厚度為2. Ομπι。
如圖1-圖3所示，水滴在實施例1得到的超疏水殼聚糖薄膜表面的接觸角是 152°，在其上的滾落角為13°。實施例2(1)將玻璃基片放入乙醇中超聲清洗，再用去離子水清洗並晾乾。(2)將0. 5g分子量為5000g/mol的殼聚糖添加到5mL水中，充分溶解得到A溶液； 將0. 4g納米二氧化矽微粒置於IOmL乙醇中，超聲分散5分鐘得到B液；將A、B液混合，再 加入0. 5mL戊二醛超聲分散10分鐘，混合均勻後得到C溶液。(3)將C溶液旋塗(500r/s)於晾乾的玻璃基片表面，在真空烘箱內50°C下保溫30 分鐘，以充分乾燥，得到疏水性殼聚糖薄膜，該疏水性薄膜的厚度為5. 3μπι。水滴在實施例2得到的超疏水殼聚糖薄膜表面的接觸角是151°，在其上的滾落 角為21°。實施例3(1)將矽片放入乙醇中超聲清洗，再用去離子水清洗並晾乾。(2)將0. Ig分子量為50000g/mol的殼聚糖添加到IOmL乙酸水溶液中(乙酸與水 的比例為0. 01g/mL)，充分溶解得到A溶液；將0. 2g納米二氧化矽微粒置於IOmL乙醇中， 超聲分散30分鐘得到B液；將A、B液混合，再加入0. 25mL戊二酸，超聲分散20分鐘，混合 均勻後得到C溶液。(3)將C溶液旋塗(500r/s)於晾乾的矽片表面，在真空烘箱內60°C下保溫30分 鍾，以充分乾燥，得到疏水性殼聚糖薄膜，該疏水性薄膜的厚度為4. 8 μ m。水滴在實施例3得到的疏水性殼聚糖薄膜表面的接觸角是135°。實施例4(1)將矽片放入乙醇中超聲清洗，再用去離子水清洗並晾乾。(2)將0. 4g分子量為5000g/mol的殼聚糖添加到IOmL水中，充分溶解得到A溶 液；將0. 2g納米二氧化矽微粒置於IOmL乙醇中，超聲分散5分鐘得到B液；將A、B液混合， 再加入0. 2mL戊二醛超聲分散10分鐘，混合均勻後得到C溶液。(3)將C溶液旋塗(1000r/S)於晾乾的矽片表面，在真空烘箱內50°C下保溫30分 鍾，以充分乾燥，得到疏水性殼聚糖薄膜，該疏水性薄膜的厚度為3. 3μπι。水滴在實施例4得到的疏水性殼聚糖薄膜表面的接觸角是144°。實施例5(1)將鋼片放入乙醇中超聲清洗，再用去離子水清洗並晾乾。(2)將0. 2g分子量為50000g/mol的殼聚糖添加到IOmL乙酸水溶液中(乙酸與水 的比例為0. 005g/mL)，充分溶解得到A溶液；將0. 15g納米二氧化矽微粒置於6mL乙醇中， 超聲分散30分鐘得到B液；將A、B液混合，再加入0. 2mL戊二酸，超聲分散20分鐘，混合均 勻後得到C溶液。(3)將C溶液旋塗(2000r/s)於晾乾的鋼片表面，在真空烘箱內40°C保溫30分鐘， 以充分乾燥，得到疏水性殼聚糖薄膜，該疏水性薄膜的厚度為2. 4 μ m。水滴在實施例5得到的疏水性殼聚糖薄膜表面的接觸角是130°。
權利要求
一種含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法，其特徵在於，通過製備含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液並添加戊二醛作為交聯劑後旋塗於基片上，進行熱處理後得到疏水性殼聚糖薄膜。
2.根據權利要求1所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的基片為玻璃基片、矽片或鋼片，該基片預先置於乙醇中超聲清洗，再用去 離子水清洗並晾乾。
3.根據權利要求1所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方 法，其特徵是，所述的製備含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液是指將分子量為 5000 50000g/mol的殼聚糖添加到乙酸水溶液中，充分溶解得到A溶液；將疏水納米二氧 化矽微粒置於乙醇中，超聲分散5 30分鐘得到B液；將A、B液按體積1 1 1 3的 比例混合。
4.根據權利要求3所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的乙酸與水的比例為0 0. 02g/mL。
5.根據權利要求3所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的殼聚糖與乙酸水溶液的比例為0. 01 0. lg/mL。
6.根據權利要求3所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的納米二氧化矽微粒與乙醇的比例為0. 02 0. 07g/mL。
7.根據權利要求1或3所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備 方法，其特徵是，所述的戊二醛與含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液的體積比為 1 100 1 30。
8.根據權利要求1所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的旋塗是指以500r/s 2000r/s的轉速塗覆於晾乾的基片表面。
9.根據權利要求1所述的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜的製備方法， 其特徵是，所述的熱處理是指採用真空烘箱在40 60°C下充分乾燥。
10.一種疏水性殼聚糖薄膜，其特徵在於，通過上述任一權利要求所述方法製備得到。
全文摘要
一種納米材料應用技術領域的含疏水納米二氧化矽微粒的疏水性殼聚糖薄膜及其製備方法，通過製備含有疏水納米二氧化矽微粒的殼聚糖混合液並添加戊二醛作為交聯劑後旋塗於玻璃、矽片、鋼片等表面，進行熱處理後得到疏水性殼聚糖薄膜。本方法工藝流程簡單、低成本、無汙染、無毒副作用，所製備的殼聚糖薄膜性能優異，是一種綠色環保的疏水材料。
文檔編號C08K13/02GK101948574SQ201010510109
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者李偉, 李梅, 路慶華 申請人:上海交通大學