智能材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温度响应材料，特别是一种通过温度改变使材料表面润湿性发生变化的智能材料，属于材料领域。
【背景技术】
[0002]温敏性高分子是一类其结构、物理性质、化学性质等随温度变化而发生可逆变化的高分子材料。常见的温敏性高分子包括聚甲基丙烯酸N，N-二甲基乙酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、温敏性的壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮等，在药物缓释、物质分离、记忆开关等方面得到越来越广泛的应用。
[0003]通过紫外光(UV)固化制备的材料表面交联密度高，与传统的热塑或者热固化材料相比可以实现更好的耐刮性能和更高的硬度。此外，紫外光固化具有固化时间快、节能环保、适用性广等特点。因而通过UV固化技术来制备智能材料，所得材料将会更加耐用。
[0004]在日常生活中，常见的材料在一般的条件下都具有较为固定的表面特性，对于材料的表面润湿性来说也是类似。通常，固体材料的润湿性通过接触角来表示，在生活中遇到比较多的是水对材料的润湿状况，这种情况下一般都会用水接触角来对其进行表征。当水接触角小于90°时，称这种材料为亲水材料，进一步的当水接触角小于5°时，称其为超亲水材料；当水接触角大于90 °时，称这种材料为疏水材料，进一步的当水接触角大于150°且滚动角小于5°时，称其为超疏水材料。不同的润湿性赋予材料各种不同的性能，比如亲水性好的材料能起到较好的防雾效果，而疏水性好的材料则具有较好的自清洁能力。一般情况下，材料的这些功能都是短期的，因为通常的亲水材料具有较强的水溶性，在吸水后亲水材料容易流失，另外，材料中长期保持较高的水分对材料来说本身也是相当不利的；而疏水性好的材料一般具有一定的亲油性，表面电阻也会较大，空气中的有机成分以及环境中的杂质较容易吸附到其表面，所以时间一长疏水性也会下降。
[0005]
【发明内容】
[0006]为了克服如上所述的材料表面功能特性时间较短的问题，可以利用温敏性高分子制备表面润湿性可变的材料，当材料的温度发生变化时材料表面的润湿性也随之改变，从微观结构看，这种润湿性的变化是材料表面结构(形貌)的变化，这种变化会产生一定的机械力，有助于去除材料表面吸附的物质，从而恢复材料原本的表面润湿特性，使亲疏水之间的转变可以更长时间的保持。同时，紫外光固化技术的引入，可以有效的提高材料表面的耐用性，使材料具有实用价值。
[0007]本发明的目的是为了提供一种智能材料，特别是一种表面润湿性可随温度改变而发生变化、表面耐刮性好的智能材料，以及制备该智能材料的方法。
[0008]在本专利中，所述的光固化优选指紫外光固化，即UV固化。
[0009]本专利所述的温敏性高分子指能对环境的温度变化起到响应的高分子材料。利用温敏性高分子制备表面润湿性可变的材料，当材料的温度发生变化时材料表面的润湿性也随之改变，从微观结构看，这种润湿性的变化是材料表面结构(形貌)的变化，这种变化会产生一定的机械力，有助于去除材料表面吸附的物质，从而恢复材料原本的表面润湿特性，使亲疏水之间的转变可以更长时间的保持。同时，紫外光固化技术的引入，可以有效的提高材料表面的耐用性，使材料具有实用价值。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种智能材料，其特征在于依次包含至少两个层:润湿性可变层、基材层。其中润湿性可变层是指润湿性会随着环境的变化发生改变的功能层。在本专利中润湿性可变层优选润湿性随温度的变化而发生改变的功能层，润湿性可变层包含温敏性高分子、光固化材料，这里所述的光固化材料包括必要的光固化树脂、单体、引发剂等成分，通过紫外光固化技术使润湿性可变层固化；此外，润湿性可变层中还可以选择性的包含其他功能性成分，如抗氧剂、光稳定剂、光吸收剂等成分。润湿性可变层与基材层之间还可以包含其他一个层或者多个层，如基材的预处理层、紫外线吸收层(用于提高智能材料的耐光热性、耐候性等)等，从而形成类似于依次结构为润湿性可变层、紫外线吸收层(用于提高智能材料的耐光热性、耐候性等)、基材层的结构；基材层的另外一侧也可以包含其他一个层或者多个层，如紫外线吸收层、隔热层、压敏胶层、离型膜层等，从而形成类似于依次结构为润湿性可变层、基材层、紫外线吸收层、压敏胶层、离型膜层的结构。当然，在基材层的两侧都包含有其他功能性的层也是可以的，如形成类似于依次结构为润湿性可变层、粘合层、隔热层、基材层、紫外线吸收层、压敏胶层、离型膜层的结构。此外，润湿性可变层对基材层附着好。当基材层、润湿性可变层等均透明时，可以得到透明的智能材料。在最简单的情况下，所述的智能材料仅由润湿性可变层、基材层组成。优选的，润湿性可变层中不包含常规热固型的环氧树脂的一种或多种。优选的，润湿性可变层中不包含UV固化型的环氧树脂的一种或多种。优选的，润湿性可变层中不包含环氧结构或环氧结构反应后形成的结构。
[0011]优选的，所述的润湿性可变层中温敏性高分子的含量(质量百分数，以温敏性高分子、光固化树脂、单体、引发剂总量为100%计)不低于30%。优选的，所述的润湿性可变层中温敏性高分子的含量(质量百分数)不低于50%。进一步优选的，所述的润湿性可变层中温敏性高分子的含量(质量百分数)不低于60%。但为了能有较好的耐磨耐刮性，温敏性高分子的含量也不易过高，一般不超过80%。温敏性高分子可以是均聚、共聚的，也可以存在一定的交联度，以及表面具有温敏性高分子的复合/杂化材料等。
[0012]所述的润湿性可变层，存在一个跨度为60°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于5°。所述的温度区间内水接触角变化的度数是指区间内最高温度对应的水接触角与区间内最低温度对应的水接触角的差值的绝对值。所以，温度从5°C升高到40°C，如果水接触角变化了 11°，有可能的，当温度继续增加到65°C时，水接触角相比5°C时变化的度数仍然为11° ;也有可能的，当温度继续增加到65°C时，水接触角相比5°C时变化的度数大于等于5°C但不等于11°。水接触角的度数在测试所需的温度稳定后进行，即进行相应的温度改变后，等到材料表面的温度达到测试的温度并且温度保持稳定后进行水接触角的测量。在本专利中，测试时将材料放置在加热台上进行温度控制，当材料放置于某一温度中稳定30min然后测得该温度时的水接触角，改变温度条件，待温度到达所设温度后将材料放置于该温度中稳定30min然后测得该改变后温度时的水接触角，将两值相减得到润湿性可变层水接触角变化的度数。对于润湿性可变层处在非超亲水材料特性状态及测试温度不超过60°C时，控制测试水滴的体积为I微升，当液滴与表面接触后在30±5s的时间段内测量；对于润湿性可变层处在超亲水材料特性状态或者测试温度在60°C以上时，当液滴与表面接触后在10±2s的时间段内测量。
[0013]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为60°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于10°。
[0014]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为60°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于30°。
[0015]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为60°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于60°。
[0016]进一步优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为60°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于100°。
[0017]也就是说，在相同的温度变化范围内，从润湿性变化的角度来说是接触角的变化度数越大越好。这种变化有可能实现疏水与亲水之间的转变，疏水与超疏水之间的转变，疏水与超亲水之间的转变，亲水与超亲水之间的转变，亲水与超疏水之间的转变，最优的情况是实现超疏水与超亲水之间的转变。
[0018]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为30°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于10°。
[0019]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为20°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于10°。
[0020]优选的，所述的润湿性可变层，存在一个跨度为10°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于10°。
[0021]在同一个跨度的温度区间内，润湿性可变层水接触角变化的度数通常是越大越好。如跨度为30°C的温度区间，在此温度区间内润湿性可变层的水接触角变化的度数不小于20°相对于水接触角变化的度数不小于10°来说是优选的；不小于30°是更优选的，不小于50°是更进一步优选的，等等。跨度为20°C、10°C等的温度区间也同理。
[0022]在本专利中，所述温敏性高分子的最低临界溶解温度(lower critical solut1ntemperature, LCST)是指水溶性高分子或部分水溶性高分子材料，在某一温度以下在水中溶解性较大，而在此温度以上溶解性发生急剧下降，则此温