[发明专利]一种全天候热响应的快速自修复超疏水海绵的制备方法及其自修复方法

说明书

一种全天候热响应的快速自修复超疏水海绵的制备方法及其自修复方法，本发明涉及一种自修复超疏水海绵的制备方法及其自修复方法。本发明以苯胺为单体，过硫酸铵作为氧化剂，盐酸作为掺杂剂，利用低表面能修饰剂PDMS作为粘合剂，粘接MWCNTs和PDA@WO₃纳米粒子。以聚氨酯海绵作为基材，采用原位化学氧化聚合和简单的涂覆的方法合成具有光热/焦耳热性能的自修复超疏水聚氨酯海绵。在1.0kW/m²的模拟光照下照射2min就可以恢复超疏水性，当光照强度不足甚至光照条件不具备时，可以外加电压利用海绵的焦耳热性能以实现全天候的热响应，本发明应用于自修复超疏水材料领域。

技术领域

本发明属于自修复超疏水材料制备领域，特别是一种具有全天候热响应的快速自修复超疏水材料及其制备方法。

背景技术

超疏水表面是一类对水这种高表面张力液体具有极端排斥性的表面，通常通过结合适当的微纳米粗糙结构和低表面能物质来构建。超疏水表面因具有防水、流体粘滞力低等特点，在自清洁、油水分离、防腐蚀、防结冰以及防雾等领域应用广泛。但是超疏水表面在使用过程中经常会遇到强酸、强碱、强氧化性溶液等腐蚀性环境，还会遇到摩擦、水流冲刷甚至是沙砾撞击等机械磨损而遭到破坏丧失超疏水性。因此，迫切需要开发一种提高超疏水表面使用寿命的方法。

赋予超疏水表面自修复特性是延长表面寿命的一种优选方案。现在广泛利用将低表面能成分存储在超疏水表面的微纳米粗糙结构中的方法，超疏水表面受损时，疏水成分便会释放出来完成自修复。通常自修复时间较长，需要几小时到几天不等。而热响应可以通过温度调控微观尺度上分子链的迁移速率，温度越高，分子链的迁移速率越快，具有见效快，容易实现等优点而被广泛采用。但现有热响应修复方法存在修复方法单一、修复所需时间很长、耐久性差的问题，制约了自修复超疏水材料的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有自修复超疏水材料耐久性差、自修复方法单一以及修复所需时间很长的问题，提供了一种全天候热响应的快速自修复超疏水海绵的制备方法及其自修复方法。

本发明一种全天候热响应的快速自修复超疏水海绵的制备方法，按以下步骤进行：

一、将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶于蒸馏水中制成浓度为7.5-8.0g/L三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液，向三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中依次加入多巴胺、CuSO₄·5H₂O和H₂O₂，再加入氧化钨纳米颗粒，搅拌，反应完成后，用去离子水洗涤并离心，再真空干燥，得到改性光催化纳米粒子PDA@WO₃；多巴胺、CuSO₄·5H₂O、氧化钨纳米颗粒和三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的质量体积比为(3.8-4.1)g：(2.5-2.8)g：2g：2L；三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液与H₂O₂的体积比为1:0.00258-0.00275；

二、配制质量浓度为182.4-182.6g/L的过硫酸铵溶液；

三、室温下将HCl溶液和苯胺单体混合，加入基底聚氨酯海绵，持续搅拌下，加入过硫酸铵溶液，搅拌至混合充分，然后在遮光条件下，20-25℃水浴中聚合20-28h，反应后，得到PANI改性的海绵；然后依次用蒸馏水和乙醇洗涤PANI改性的海绵，再真空干燥，得到干燥后的改性海绵；苯胺单体与HCl溶液的质量体积为(17.5-20.0)g：1L，过硫酸铵溶液与HCl溶液的体积比为1：2.9-3.1；

四、取聚二甲基硅氧烷、多壁碳纳米管、改性光催化纳米粒子PDA@WO₃与乙酸乙酯超声混合制得悬浮液，将干燥后的改性海绵浸没在悬浮液中超声，然后在100-120℃下固化1-3h，获得具有全天候热响应的快速自修复超疏水海绵；聚二甲基硅氧烷、多壁碳纳米管、改性光催化纳米粒子PDA@WO₃与乙酸乙酯的质量体积比为(7.0-8.5)g：(9.8-11.0)g：(10.0-11.5)g：1L。