[發明專利]超疏水的氟硅聚合物/納米二氧化硅雜化納米材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010116046.1
• 申請日: 2010-02-23
• 公開（公告）號: CN101805434A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 羅正鴻;于海江;周寅寧
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C08F293/00
• 分類號: C08F293/00;C08F292/00;C09D153/00;C09D5/16
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種超疏水納米材料及其制備方法，尤其是涉及一種氟硅聚合物/二氧化硅(SiO₂)雜化納米超疏水材料及其制備方法。

背景技術

近年來，表面與水接觸角150°以上的表面(即超疏水性表面)由于其在人們日常生活和生產中潛在的應用價值而引起了人們廣泛的關注。固體表面和水之間接觸面有限，超疏水性表面與水較不易發生反應。這類超疏水性材料在工農業生產和人們的日常生活中日益凸現出巨大的應用前景，例如超疏水性表面用于玻璃、陶瓷等材料上，可以使材料具有自清潔或易于清洗；用于戶外標牌上，可以防止因積雪導致的外觀模糊；用于水上船舶、水下艦艇的外殼上，可以降低與水流之間的摩擦阻力，提高行駛速度；也可以用于服裝等紡織品上，起到防水、防污和自清潔的效果。

一般制備超疏水性表面必須滿足兩個條件：一是物質的表面具有很低的固體表面能；二是在低表面能物質的表面上構建有一定粗糙度的微米或納米相結合的階層結構。其一，由于表面材料的潤濕性是決定親水和疏水的前提，因此低表面能物質的化學成分是獲得超疏水性質的基礎。其二，由于表面的微細幾何結構是維持超疏水性質的關鍵因素，從接觸角方面來看，決定其疏水性的主要是表面基團，形貌僅僅強化這一效果，因此在低表面能物質上構建粗糙表面和在粗糙的表面結構上修飾低表面能的物質，是研制仿生超疏水性涂層的基本途徑。目前，已報道了許多制備超疏水性材料的手段和方法。具有低表面能的有機材料主要為有機氟材料和有機硅材料。但是有機氟材料暴露出耐低溫性差的缺點，有機硅材料存在耐化學介質差等缺陷。而氟硅聚合物在保持有機硅材料耐熱性、耐寒性的同時，兼具耐候耐老化、耐溶劑和油等優異性能和具有更低的表面能性能。含氟硅聚合物作為一種新型材料，有機結合了有機硅與有機氟化合物的優點，成為材料領域的一個新的熱點。迄今為止，有許多制備粗糙表面的方法，主要有刻蝕和光刻、溶膠-凝膠工藝、層層自組裝(LBL)和膠體組裝、電化學反應和沉積、納米粒子復合法等。其中納米粒子復合法，在疏水性材料中引入納米或微亞米粒徑的粒子，改變涂層表面的化學組成和形貌，可以提高涂層的疏水性能。相比于其他方法，納米粒子復合法制作聚合物超疏水涂層不需要復雜的儀器設備，制作成本低，容易大面積制備，具有實際生產應用的巨大潛能。其中表面引發的原子轉移自由基聚合接枝法又有著其獨特的優勢，這主要是由于其適用單體廣泛和實驗條件較為溫和。

公開號為CN101544838的中國發明專利申請提供一種超疏水納米SiO₂/高聚物復合膜及其制備方法。將聚乙二醇單甲醚(MPEG)和聚二乙氧基硅氧烷(PEDS)進行酯交換反應合成MPEG-g-PEDS接枝聚合物，然后進行溶膠-凝膠化反應，凝膠粉末作為填料分散到高聚物溶液中，將該溶液涂布在基材上，干燥成膜。復合膜經水/乙醇溶液浸漬后，用表面修飾劑進行表面分子自組裝，用正己烷將殘液洗去后，干燥，即可獲得具有超疏水納米SiO₂/高聚物復合膜。這種方法雖然涉及一種超疏水納米SiO₂/高聚物復合膜，但其不適合大規模或大面積應用。

公開號為CN101165083的中國發明專利申請將偶聯劑處理過的納米二氧化硅微粒均勻分散在聚苯乙烯溶液中，通過電紡制備出具有多孔微球與納米纖維復合結構的二氧化硅微粒增強的超疏水聚苯乙烯薄膜。此方法需要用到特殊的電紡絲設備。

公開號為CN101117713的中國發明專利申請公開了一種采用浸入-自組裝制備超疏水改性SiO₂-聚氨酯復合涂層的方法，該方法通過在SiO₂表面利用硅烷偶聯劑進行修飾后，使其帶有活性基團(-NH₂)，制得改性SiO₂-二甲苯液；然后在基體上制備一層阿羅丁膜后，刷制一層聚氨酯涂層；最后浸入到改性SiO₂-二甲苯液中制得具有超疏水性能的改性SiO₂-聚氨酯復合涂層。但此種方法也不適用于大規模或大面積應用。利用表面引發聚合進行復合，得到納米二氧化硅微粒增強的超疏水氟硅聚合物薄膜及其制備方法尚未見報道。