[發明專利]一種以復合硅源制備超疏水二氧化硅粉體及超疏水涂層的方法

有效

• 申請號: 201510375188.2
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN104910656B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 楊輝;高紅芳
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C03C17/23;C01B33/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于超疏水材料制備技術領域，涉及一種以復合硅源制備超疏水二氧化硅粉體及超疏水涂層的方法。

【背景技術】

超疏水材料是指表面的水接觸角大于150°并且水接觸滯后角小于5°的材料。研究結果表明超疏水性表面可以通過兩種途徑制備一種是在疏水材料表面改變材料表面的粗糙度和表面形態；另一種是在具有一定粗糙度的表面上進行低表面能物質的修飾。由于超疏水材料具有非常廣泛的應用，防水、防霧、防雪、防污染和自清潔等重要特性，在科學研究和生產、生活等多領域中有極為廣泛的應用前景。

目前，采用化學氣相沉淀法，可升華物質微粒成孔法，等離子體處理法，相分離技術，自組裝梯度功能等技術可以制備出不同材料的超疏水表面。江雷研究小組利用化學氣相沉淀法制備了表面具有納米-微米結構的超疏水氧化鋅薄膜，其水接觸角可達164.3°，并進一步證實了表面微觀結構是制備超疏水涂膜的重要條件([1]jiangL,LI H J,Feng L,et.al.Langmuir,2004,20:5659～5661)。曲愛蘭等采用正硅酸乙酯為前驅體，通過調節水解溫度可得到100nm，170nm，500nm粒徑的醇溶膠，然后將不同粒徑的納米二氧化硅粒子進行復合，并用硅烷偶聯劑進行表面改性后可得到超疏水薄膜([2]曲愛蘭，文秀芳等.復合SiO₂粒子涂膜表面的超疏水性研究[J].無機材料學報,2008，23(2)：374～375)；王建濤、張曉宏等以液態金屬錫作為生長襯底，通過化學氣相沉淀法制備了一種具有超疏水性能的硅基薄膜，薄膜表面由豎直生長的硅/二氧化硅核殼層次結構組成([3]具有超疏水表面的硅、二氧化硅層次結構薄膜[J].物理化學學報，2011，27(9):2233～2238)。但這些報道的方法工藝過程復雜，需要使用復雜而昂貴的設備和條件，許多方法并不適用于大面積疏水表面及涂層的制備，從而制約了超疏水技術在日常生活和工業生產中的應用。

溶膠-凝膠法是目前制備多孔材料和有機-無機雜化材料常用的方法。葉文波以甲基三乙氧基硅烷(MTES)為單一的前驅體，通過酸堿二步催化水解-縮合得到有機改性二氧化硅溶膠，經浸漬提拉成膜技術，在玻璃表面制備了超疏水涂層([4]葉文波.基于二氧化硅的超疏水雜化涂層的制備與性能[D].福建師范大學.2012,6)；李偉等采用噴槍在含有聚乙烯膜的紙張表面制備了含疏水納米顆粒和聚苯乙烯的超疏水復合涂層([5]疏水二氧化硅、聚苯乙烯超疏水復合涂層的簡易制備及其防玷污性研究[J].材料導報，2011，25(8)：100～104)。目前采用溶膠凝膠法制備超疏水材料的專利也有很多，專利申請號201110110105.9中采用溶膠凝膠法制備疏水性二氧化硅薄膜，將干燥所得薄膜在程序控溫的管式爐(N₂氣氛)中，在400～700℃下煅燒2～5h，使薄膜與水的接觸角達到了110°；申請專利號CN201120523585.7公開了一種復合材料超疏水膜，包括樹脂層、疏水性二氧化硅納米粒子中間層和低表面能物質表層。申請專利號CN201410355116.7采用優異的低表面能及耐侯性能的氟改性丙烯酸樹脂為基料，以納米級二氧化硅為填料，利用聚丙烯酸腈納米纖維的末端針狀結構，賦予涂層一定的強度和一定的粗糙度的微觀表面，在涂層表面形成荷葉效應。專利申請號201410235572.8中將正硅酸乙酯添加到水凝膠單體溶液中，水凝膠單體凝膠化和硅酸酯水解后形成二氧化硅微結構薄膜，將具有疏水性質的自組裝單分子膜修飾在二氧化硅微結構薄膜后形成超疏水涂層。

然而，現有的這些方案工藝復雜，成本高，制備的二氧化硅不能很好的控制粒徑大小，表面粗糙度低，不能擴大實際生活中的應用范圍。

【發明內容】

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種工藝簡單、污染少、低成本的超疏水二氧化硅粉體及以玻璃為基底制備超疏水材料的方法，得到超疏水性能穩定的二氧化硅粉體，并在玻璃基底表面制備了二氧化硅涂層，涂層表現出了較強的疏水性能。

為達到上述目的，本發明采用以下技術手段：

一種以復合硅源制備超疏水二氧化硅粉體及超疏水涂層的方法，包含如下步驟：

1)將硅酸鈉溶于水中，配置濃度為0.1～0.5mol/L的硅酸鈉水溶液，記為A溶液；將正硅酸乙酯溶于無水乙醇中，配成濃度為2～4mol/L的正硅酸乙酯醇溶液，記為B溶液；

2)在磁力攪拌的作用下，將B溶液緩慢加入到A溶液中，B溶液與A溶液體積比為1：2，室溫下攪拌反應直到出現白色混懸液，得到體系C；