一种超分子聚集体表面活性剂

本发明涉及一种超分子聚集体表面活性剂，属于超分子配位化学、表面改性工程以及疏水涂层领域。

背景技术：

1、由于疏水表面液滴难以停留的特性，使得该表面具有防水、防冰、防雾、自清洁等特性。在航空航天领域，飞行器表面的疏水涂层可以有效防止机身结冰，保障飞行性能，避免空难发生；在交通运输领域，疏水涂层可以避免玻璃起雾，保证视野清晰，保证行车安全；在电子电气领域，疏水涂层可以避免电路板积水，防止电子元器件短路或生锈；在日常生活方面，疏水涂层可以实现锅底防粘。因此，疏水表面具备非常广泛的应用前景。

2、仿荷叶结构一直以来是疏水性涂层研究者们的研究方向。荷叶表面具有密集的微凸起结构，高度大约为5微米。进一步放大观察，可以发现在微凸起表面还附着一层纳米级别的乳突，高度大约200纳米。此外，荷叶在其表面会分泌一层生物蜡质，用来抵御外界的侵害。正是这种表面微纳复合结构与生物蜡质结合的特点，赋予了荷叶独特的疏水性能，导致水滴很难在荷叶表面停留，而液滴在其表面快速滚落的过程中会携带走表面的尘土和杂物，实现自清洁。目前，制备疏水表面的思路较多集中在对于生物蜡质的制备和涂覆，主要是通过全氟化合物或者其它低表面能材料物质。而仿荷叶的微纳结构角度，因为结构构造需要精细设计，因此较为困难。

3、早期的研究主要集中在化学合成方法，氟化物因为难溶于水和常规有机溶剂，易溶于有机氟化物溶剂，因此在对材料进行疏水表面处理时需要浸润含氟有机溶剂，这种处理方式因为有机溶剂的毒性，被认为不够绿色，在应用上受到了限制。所以，以水系溶剂替代挥发性有机溶剂制备绿色、环保型水性超疏水涂料日益兴起。目前为止，已经探索出一些制备方法，如聚合物-颗粒分散体的湿化学工艺、电化学沉积法、模板法、刻蚀法、溶胶-凝胶法及水热法等。然而，如何在基材表面包覆上既具有低表面能的疏水材料，又使这种材料具备仿荷叶的微观疏水结构，是目前的一大难题。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，利用超分子化学的非共价相互作用，制备出超分子纳米聚集态表面活性剂。首先利用4-羟基吡啶-2,6-二甲酸和丙二酸制备出粘合配体，再利用4-羟基吡啶-2,6-二甲酸和全氟辛酸上的羧基结构与金属离子的配位作用，得到纳米聚集态的超分子聚集体。该活性剂因为全氟辛酸的全氟链段在聚集体外侧，因此对氟化物具有增溶作用。与稀土金属配位时具有荧光效应，可做荧光活性剂。同时，该活性剂因其纳米，用在基材表面时，能够形成仿荷叶结构，使基材表面具备疏水性。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种超分子聚集体表面活性剂，该超分子聚集体表面活性剂包括粘合配体、全氟辛酸、氯化镧交联剂和无水乙醇；

4、所述粘合配体、全氟辛酸与氯化镧交联剂自组装成胶束分散在无水乙醇中；

5、所述氯化镧交联剂、粘合配体、全氟辛酸、无水乙醇的比为1mmol:3-5mmol:4-5mmol:100ml。

6、所述粘合配体的制备方法为：

7、将4-羟基吡啶-2,6-二甲酸的甲苯溶液和丙二酸的甲苯溶液在环己烷做带水剂的情况下进行混合发生反应，反应结束后将滤液在85-95℃的真空烘箱中烘干4.5-5.5h，得到粘性配体。

8、所述4-羟基吡啶-2,6-二甲酸的甲苯溶液中，4-羟基吡啶-2,6-二甲酸与甲苯的比为0.1mol:20-30ml；

9、所述丙二酸的甲苯溶液中，丙二酸与甲苯的比为0.05mol:20-30ml；

10、所述环己烷带水剂与甲苯总量的体积比为4:5，甲苯总量是指4-羟基吡啶-2,6-二甲酸的甲苯溶液中的甲苯和丙二酸的甲苯溶液中的甲苯的体积和；

11、所述4-羟基吡啶-2,6-二甲酸、丙二酸的摩尔比为2：1。

12、反应温度为100-120℃，反应时间为4-5h。

13、一种超分子聚集体表面活性剂的制备方法，步骤为：

14、将粘合配体的乙醇溶液、全氟辛酸的乙醇溶液与氯化镧的乙醇溶液进行混合，搅拌，得到超分子聚集体表面活性剂。

15、所述粘合配体的乙醇溶液的浓度为25mmol/l；

16、所述氯化镧的乙醇溶液的浓度为25mmol/l；

17、所述全氟辛酸的乙醇溶液的浓度为25mmol/l；

18、所述氯化镧的乙醇溶液、粘合配体的乙醇溶液和全氟辛酸的乙醇溶液的体积比为1:3-5:4-5。

19、一种超分子聚集体表面活性剂在疏水涂层领域的应用，步骤为：将基材浸渍在超分子聚集体表面活性剂中，浸渍完成后将基材取出，烘干，得到超分子聚集体表面活性剂改性的疏水基材。所述浸渍时间为0.5-1h。

20、将所述超分子表面活性剂加入难溶氟化物全氟癸醇中并搅拌，可以使本难溶的全氟癸醇溶解。

21、难溶氟化物质量与加入的超分子聚集体表面活性剂的比为0.1g：5-10ml。

22、有益效果

23、本发明中利用4-羟基吡啶-2,6-二甲酸和丙二酸酯化反应制备出一种钳型粘合配体，该粘合配体能够粘合镧离子形成超分子聚集体，超分子聚集体中的镧离子吸引全氟辛酸的羧基，将全氟链段留在聚集体的外壳，自组装成一种超分子聚集体表面活性剂。羧基与稀土金属的配位能使超分子聚集体表面活性剂具有荧光性，聚集体外壳的全氟链能够使活性剂对全氟化合物产生增溶效果，同时，该活性剂因其纳米尺度，用在基材表面时，能够形成仿荷叶结构，使基材表面具备疏水性。因此，该种表面活性剂可以应用在疏水涂层领域，增加材料的疏水性，根据涂层的荧光衰减，能够检测涂层的磨损程度。

技术特征：

1.一种超分子聚集体表面活性剂，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种超分子聚集体表面活性剂，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种超分子聚集体表面活性剂，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的一种超分子聚集体表面活性剂，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种超分子聚集体表面活性剂，属于超分子配位化学、表面改性工程以及疏水涂层技术领域。本发明中4‑羟基吡啶‑2,6‑二甲酸和丙二酸制备出粘合配体，在4‑羟基吡啶‑2,6‑二甲酸和全氟辛酸上的羧基结构与镧离子的配位作用的帮助下得到纳米聚集态的超分子聚集体，自组装成一种超分子聚集体表面活性剂。该活性剂可以使氟化物增溶，还可以应用在疏水涂层领域，涂层具备仿荷叶结构和疏水蜡质的特性，有良好的疏水性能。

技术研发人员：邹美帅,王瑞斌,苏醒,李晓东
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5