一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层及制备方法

本发明涉及抗污、减阻表面加工处理技术领域，具体涉及一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层及制备方法。

背景技术：

液体运输管道内壁因沉淀及吸附等原因会造成管壁粗糙及管径减小，很大程度上降低输运效率。特别是输水管道内壁极易受细菌、藻类定植、繁衍污染且难以清理。现行的抗菌抗污涂层多以聚四氟乙烯或银为主体材料，制备方法多适用于材料表面，并不适用于封闭的管道内壁，且柔性、透光性及性价比都不高。

超滑结构，是由哈佛大学aizenberg课题组首次提出的仿猪笼草结构的由易滑液体灌注多孔材料而成。由于用液-液界面取代了传统的固-液界面，超滑表面上的液滴能以很小的滑动角滑动，且其抗污性能卓越。但一般使用的多孔的固相材料其制备工艺并不适用于制作管道内壁涂层，而且其抗弯折性和透光性都有一定的限制，不利于管道的布置及对内部的观察。因此，设计制备一种适用于管道内壁的用于输送水基溶液的柔性透明超滑涂层，具有非常重要的研究意义及商业价值。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层及制备方法，涂层前驱体为液相，便于对管道内壁涂覆，涂层为超滑结构，抗污及稳定性优于传统固态涂层，涂层柔性特点可应用于柔性管材，涂层高透光性方便观测内部流体，或可对内部流体进行光化学反应。

本发明一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层，包括多孔网状结构的骨架，所述骨架为经过亲油基团修饰的海藻酸盐，所述海藻酸盐的阳离子为二价阳离子，骨架内填充疏水液体材料；

所述涂层的透光率为50%-100%。

优选地，骨架的孔隙率为60%-90%。

优选地，骨架上的孔的尺寸为10nm-100um。

优选地，涂层表面粗糙度为10nm-50um。

优选地，疏水液体材料为与水不互溶的油类。

优选地，疏水液体材料为硅油。

优选地，海藻酸盐为海藻酸钙、海藻酸镁、海藻酸钡中至少一种。

优选地，亲油基团为烃基或脂基中至少一种。

一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层的制备方法，包括以下步骤：

第一步，管道内壁亲油处理的一价阳离子的海藻酸盐的涂覆：将质量浓度为0.1%-10%亲油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液注入管道内，油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液在管道内形成一定长度的油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱，利用推动工具推动管道内的油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱单方向匀速移动并排出管道，油处理的一价阳离子的海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾；推动工具为气泵；

第二步，连续交联；将质量浓度为0.1%-10%的二价阳离子水溶液连续注入涂覆有油处理的一价阳离子的海藻酸盐的管道内，交联形成该二价阳离子的海藻酸盐涂层；

第三步，管道清理；使用相对湿度为0%-100%的气体将第二步中的二价阳离子水溶液排出管道，即可制得管道内的水凝胶涂层；

第四步，气化凝胶涂层中的水分；将管道至于冻干机内，进行冻结、抽真空、升温、升压，使水凝胶涂层中的水分升华，而保留亲油修饰的二价海藻酸盐网状结构涂层；

第五步，疏水化；将疏水液体材料注入管道内，由于亲油修饰的二价海藻酸盐网状结构中含有亲油基团，海藻酸盐网状结构内将填充满疏水液体材料；

第六步，管道清理；使用相对湿度为0%-100%的气体将管道内的疏水液体材料排出，由于亲油基团的作用，海藻酸盐网状结构内的疏水液体材料将被保留，即在管道内制得油凝胶涂层。

优选地，一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱在管道内的移动速度为1mm/s-1m/s。

本发明中涂层的前驱体为液相，便于对管道内壁涂覆，网状结构为亲油基团修饰的二价海藻酸盐，网状结构内填充疏水液体材料使得涂层为超滑结构，抗污及稳定性优于传统固态涂层，涂层柔性特点使得本发明涂层可应用于柔性管材，本发明涂层高透光性方便观测内部流体，或可对内部流体进行光化学反应。

本发明涂层的制备方法将涂层前驱体匀速流经管道，然后再进行连续交联，使得本发明更适用于负曲率的管内壁镀膜，特别适用于微管。

附图说明

图1为实施例一中示意一定量海藻酸钠水溶液注入管道。

图2为实施例一中海藻酸钠水溶液流过区域覆盖了一层海藻酸钠膜。

图3为实施例一中海藻酸钠水溶液完全排出后，覆有海藻酸钠膜的管道。

图4为实施例一中覆有海藻酸钠膜的管道中注入氯化钙水溶液。

图5为实施例一中氯化钙水溶液完全排出后，覆有海藻酸钙膜的管道。

图6为实施例一中经过冻干处理后，升华了水分后的，覆有海藻酸钙网状结构的管道。

图7为实施例一中将硅油注满经过冻干处理后的覆有海藻酸钙网状结构的管道。

图8为实施例一中硅油完全排出后，覆有输水减阻抗污的油凝胶涂层的管道。

附图标记：1-管道；2-海藻酸钠水溶液；3-空气，4-海藻酸钠膜，5-二价阳离子水溶液，6-交联中的海藻酸钙膜，7-海藻酸钙水凝胶膜，8-冻干后的海藻酸钙网状结构涂层，9-硅油，10-吸收硅油的海藻酸钙涂层，11-制备得到的油凝胶涂层。

具体实施方式

本发明一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层11，包括多孔网状结构的骨架，所述骨架为经过亲油基团修饰的海藻酸盐，所述海藻酸盐的阳离子为二价阳离子，骨架内填充疏水液体材料；

所述涂层的透光率为50%-100%，方便观测内部流体，或可对内部流体进行光化学反应。

骨架的孔隙率为60%-90%，孔隙率越高，填充液体比例越高，抗污效果越好。

骨架上的孔的尺寸为10nm-100um。

涂层表面粗糙度为10nm-50um。

疏水液体材料为与水不互溶的油类。

疏水液体材料为硅油9。

海藻酸盐为海藻酸钙、海藻酸镁、海藻酸钡中至少一种。

亲油基团为烃基或脂基中至少一种。

一种用于输水减阻抗污的油凝胶涂层的制备方法，包括以下步骤：

第一步，管道1内壁亲油处理的一价阳离子的海藻酸盐的涂覆：将质量浓度为0.1%-10%亲油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液注入管道1内，油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液在管道1内形成一定长度的油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱，利用推动工具推动管道1内的油处理的一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱单方向匀速移动并排出管道1，油处理的一价阳离子的海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾；推动工具为气泵；

第二步，连续交联；将质量浓度为0.1%-10%的二价阳离子水溶液5连续注入涂覆有油处理的一价阳离子的海藻酸盐的管道1内，交联形成该二价阳离子的海藻酸盐涂层；

第三步，管道1清理；使用相对湿度为0%-100%的气体将第二步中的二价阳离子水溶液5排出管道1，即可制得管道1内的水凝胶涂层；

第四步，气化凝胶涂层中的水分；将管道1至于冻干机内，进行冻结、抽真空、升温、升压，使水凝胶涂层中的水分升华，而保留亲油修饰的二价海藻酸盐网状结构涂层；

第五步，疏水化；将疏水液体材料注入管道1内，由于亲油修饰的二价海藻酸盐网状结构中含有亲油基团，海藻酸盐网状结构内将填充满疏水液体材料；

第六步，管道1清理；使用相对湿度为0%-100%的气体将管道1内的疏水液体材料排出，由于亲油基团的作用，海藻酸盐网状结构内的疏水液体材料将被保留，即在管道1内制得油凝胶涂层11。

一价阳离子的海藻酸盐水溶液液柱在管道1内的移动速度为1mm/s-1m/s。

实施例一

如图1和图2所示，将5ml的质量浓度1%海藻酸钠水溶液2通过微流泵注入内径为3mm的硅胶管管道1内，形成海藻酸钠水溶液2液柱，管道1内左侧为海藻酸钠水溶液2，右侧为空气3，如图3所示，利用气泵推动海藻酸盐水溶液液柱单方向匀速移动并排出管道1，移动速度为2mm/min，推动海藻酸盐水溶液液柱的空气3在室温25摄氏度时的湿度为50%，管道1左侧内壁上为海藻酸钠水溶液2流过管道1内壁形成的海藻酸钠膜4；如图4所示，将质量浓度为1%的氯化钙水溶液以1ml/min的流量连续注入涂覆有海藻酸钠的管道1内，持续10分钟，管道1内左侧形成交联中的海藻酸钙膜6；如图5所示，使用室温25摄氏度时的湿度为50%的空气3将氯化钙水溶液排出管道1制得海藻酸钙水凝胶膜7；如图6所示，将管道1至于冻干机内，在-30℃下进行冻结30分钟，将冻干容器抽真空至50pa以下，逐渐缓慢升温至50℃保持30分钟，再将冻干仓升压至大气压，使水凝胶涂层中的水分升华，而只保留亲油修饰的海藻酸钙网状结构涂层，即冻干后的海藻酸钙网状结构涂层8；如图7所示，向冻干处理后的管道1内注满低粘度硅油9并保持1小时，期间硅油9将充满亲油修饰的海藻酸钙网状结构涂层中，得到吸收硅油的海藻酸钙涂层10；如图8所示，使用室温25摄氏度时的湿度为50%的空气3将硅油9排除管道1，制得拥有输水减阻抗污的油凝胶涂层11的管道1。

本发明中涂层的前驱体为液相，便于对管道1内壁涂覆，网状结构为亲油基团处理的海藻酸盐，网状结构内填充疏水液体材料使得涂层为超滑结构，抗污及稳定性由于传统固态涂层，涂层柔性特点使得本发明涂层可应用于柔性管材，本发明涂层高透光性方便观测内部流体，或可对内部流体进行光化学反应。