[發明專利]一種制備穩定超雙疏表面的方法

有效

• 申請號: 201410840400.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104789124A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 張俊平;李步成;李凌霄;吳磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C09D183/08
• 分類號: C09D183/08;C09D7/12;D06M15/657;D06M11/79;D06M11/74;C08G77/24
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域????????

本發涉及一種超雙疏表面的制備方法，尤其涉及一種采用有機硅烷聚合物/納米粒子復合物通過噴涂法制備穩定超雙疏表面的方法。

背景技術

超雙疏表面是指水滴和油滴在其表面接觸角大于150°，滾動角低于10°的表面。目前，制備超雙疏表面主要通過構建材料表面特殊的微-納米結構和采用極低表面能的材料。然而，微-納米結構的構筑主要通過等離子刻蝕、靜電紡絲、自組裝、氣相沉積和電化學沉積等技術手段。但現有這些技術仍存制備方法復雜、成本較高、對基底依賴性大、疏油性及穩定性差等問題。專利CN102427083A中，以硅為基底材料，通過干法刻蝕技術，得到T型微-納米結構，再通過化學氣相沉積或單分子自組裝得到雙疏表面。專利CN102021628A中，采用兩次陽極氧化金屬鈦或鈦合金表面得到微-納米復合精細結構，然后經過低表面能物質修飾得到超雙疏表面。上述方法都存在制備過程復雜，基底依賴性大、涂層疏油性差及涂層的穩定性未涉及等諸多問題。

近年來，通過有機硅烷溶膠-凝膠法制備的納米粒子或復合納米粒子在構筑穩定超疏水表面方面得到了廣泛關注。專利CN103938432A中，通過溶膠-凝膠法制備了功能化二氧化硅粒子分散液，再向功能化二氧化硅粒子分散液中加入疏水聚合物和低表面能助劑，然后噴涂或者旋涂在天然纖維素材料上，制備了具有很強耐洗涮及其酸堿性能的超疏水材料。通過相似的制備方法，可實現穩定超雙疏表面簡單和快速的構筑，簡化制備過程。專利CN103626403A中，采用溶膠-凝膠法制備雜化硅溶液懸浮液，噴涂懸浮液到基底表面，再高溫氧化和表面修飾得到超雙疏涂層。專利CN103951279A中，首先通過溶膠-凝膠法制備不同直徑的二氧化硅粒子，再通過旋涂制備微-納米結構，然后用氟碳表內修飾，制備疏水疏油涂層。這些方法雖然得到疏水疏油表面，但依然需要經過多個步驟才能完成。更為重要的是單分子修飾與表面結合大多不夠牢固，超雙疏表面的疏水疏油性及穩定性依然較差，尤其是機械穩定性和耐溶劑性，限制超雙疏表面的實際應用。因此，如何通過簡單的方法得到穩定的超雙疏表面是本領域迫切解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，提供一種制備穩定超雙疏表面的方法。

（一）穩定超雙疏表面的制備

本發明穩定超雙疏表面的制備，是以醇-水混合溶液為介質，以酸或堿作為催化劑，有機硅烷混合物與納米粒子進行水解縮合反應，得到有機硅烷聚合物/納米粒子復合物懸浮液；再將有機硅烷聚合物/納米粒子復合物懸浮液噴涂于基底表面形成涂層，然后通過熱固化處理，得到穩定超雙疏表面。

（1）有機硅烷聚合物/納米粒子復合物懸浮液的制備：將有機硅烷混合物和納米粒子加入到醇-水溶液中，加入酸或堿作為催化劑，在25~100℃下水解縮合1~72h；冷卻至室溫，得到有機硅烷聚合物/納米粒子復合物懸浮液。

所述有機硅烷混合物包括至少一種含氟有機硅烷和至少一種硅烷偶聯劑，且含氟有機硅烷與硅烷偶聯劑的物質的量比為20:1~1:1。其中含氟有機硅烷為全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基二甲基甲氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基二甲基甲氧基硅烷。硅烷偶聯劑為四氯硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

所述納米粒子為碳納米管、氧化石墨烯、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅、納米銀、蒙脫石、凹凸棒石、海泡石、埃洛石、水滑石、蛭石、云母、高嶺石、鋰皂石、細菌纖維素、聚苯乙烯、聚四氟乙烯中的至少一種。

在反應體系中，醇為甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、甘油中的至少一種；醇與水的體積比為20:1~4:1；有機硅烷混合物的體積百分數為0.01~2%，納米粒子的質量百分數為0.01~2%。

作為催化劑的酸為鹽酸、硝酸、硫酸、醋酸、草酸、甲酸、苯磺酸的至少一種；作為催化劑的堿為氨水、乙二胺、三乙胺、丁胺中的至少一種；催化劑在體系中的體積百分數為2~20%。