[發明專利]一種二氧化硅納米線復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910376931.4
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110272525B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張建安;張康民;吳明元;吳慶云;楊建軍;劉久逸
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F212/10;C08F212/08;C08F220/44;C08F220/14;C08F220/18;C09D151/10;D06N3/12;D06N3/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了一種二氧化硅納米線復合材料及其制備方法和應用，通過二氧化硅納米線前驅體分散液在堿性條件下的水解，一步法制備得到超疏水二氧化硅納米線，與共混法相比，有效避免了二氧化硅納米線的聚集，能充分發揮二氧化硅納米線的功能性。然后通過原子轉移自由基聚合反應將聚合物接枝到二氧化硅納米線的表面，得到聚合物接枝的二氧化硅納米線復合材料，本發明制備得到的復合材料其分子量可控，且可以實現對各種聚合物的接枝反應。本發明能夠根據二氧化硅納米線表面接枝的聚合物的不同，將其廣泛應用于紙張、紡織、塑料、橡膠、木材、金屬及玻璃等各種基材，得到超疏水涂層，工藝簡單，操作易行，反應條件溫和易于控制，適合于工業化生產。

技術領域

本發明屬于納米材料的制備領域，特別涉及一種二氧化硅納米線復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

人造疏水材料特別是超疏水材料近幾十年來逐漸成為研究熱點，超疏水材料由于其特殊的表面潤濕性使其在自清潔、防冰、防霧、防腐蝕、綠色打印、傳感器以及油水分離等多個領域均有重要的應用前景，并受到越來越多的關注。

超疏水材料通常指當水滴與其表面接觸時，接觸角大于150°，滾動角小于10°的材料。構成超疏水材料兩大關鍵要素是材料表面較低的表面能以及具有一定粗糙度的微觀結構。在實際使用過程中由于使用環境及工作方式的不同，超疏水材料分為涂層及薄膜等二維超疏水材料以及塊體狀的三維超疏水材料，超疏水表面也存在零維結構的微納米顆粒以及一維結構的微納米纖維等不同的構筑單元。

二氧化硅納米線具有高穩定性、高機械強度和高柔韌性等特點，可用作組裝新型三維材料的構件，如超疏水納米線涂層，自支撐納米線膜等。采用化學反應的方法將聚合物接枝到二氧化硅納米線的表面進行修飾，不但可以使納米線更加穩定不易團聚，更賦予了二氧化硅納米線許多新的特性，如化學活性、兩親性、生物活性、分散性、有機相容性及光學等性質。然而納米線大的縱橫比，高的比表面積決定了很難在其表面直接進行改性，采用原子轉移自由基聚合的方法能夠很好的解決這一問題。中國專利 CN107265461A公開了一種大規模制備硅納米線的方法，以酸洗石棉為原料，分別用低濃度及高濃度酸液進行酸化預處理，制備得到二氧化硅納米線，該制備方法在制備過程中產生了鈣、鎂等雜質，且制備的納米線不均一。中國專利CN106927471A公開了一種二氧化硅納米線的制備方法，將含硅的農作物副產物與含鐵化合物反應后高溫焙燒，在乙二胺的條件下，再通過水熱反應制備得到二氧化硅納米線，該制備工藝復雜，反應溫度過高。

原子轉移自由基聚合是以可逆的鹵原子轉移為基礎，在以相對應的配體為催化劑的條件下，低價過渡金屬跟鹵原子之間發生氧化還原反應，鹵原子從有活性的鹵元素化合物上轉移到低價態的過渡金屬化合物上，同時反應生成烷基自由基和高價態的金屬絡合物。單體和烷基自由基發生反應，生成中間體(R-M)，然后從高價態的金屬絡合物中奪取鹵素原子，如此反復，在自由基活性種和有機鹵化物休眠種之間形成了動態平衡，最后實現可控的接枝聚合。

中國專利CN108948803A公開了一種超疏水涂層及其制備方法，該涂層是由底漆、丙烯酸面漆、含氧化鋅和改性二氧化硅等的疏水層依次涂覆而成，該方法制備的涂層中納米粒子不能均勻的分散在基體材料中，導致耐刮擦性能較差。中國專利CN108893052A 公開了一種水基超疏水涂料及其制備方法，該疏水涂層也是通過有機樹脂和多種納米粒子共混的方式制備，也存在納米粒子在有機樹脂中不能均勻分散的弊端。在包括中國專利的文獻中，還沒有采用一步法制備二氧化硅納米線，進而采用原子轉移自由基聚合法制備聚合物接枝二氧化硅納米線用于基材的超疏水涂層的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種二氧化硅納米線復合材料及其制備方法和應用，以解決現有技術中二氧化硅納米線及其復合材料在制備或應用過程中易團聚，不能均勻分散，且制備工藝復雜，反應溫度過高等問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種二氧化硅納米線復合材料的制備方法，包括如下步驟：