[發(fā)明專利]超疏水氧化物納米線及其制備方法和應用

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• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN112663173A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 王成;魯帥;張憲楠
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;C09D7/61;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李蕊

本發(fā)明公開了一種超疏水氧化物納米線及其制備方法和應用，制備方法，包括以下步驟：將有機溶劑A、反應物B和反應物C放入一容器中，用吸液層封住容器的開口，將催化劑D滴在吸液層上，再用密封膜蓋在吸液層上密封容器的開口，將有機溶劑A、反應物B和反應物C攪拌2～4小時直至生成絮狀沉淀物，倒出上清液，將絮狀沉淀物干燥，得到超疏水氧化物納米線。本發(fā)明的制備方法是通過一種極為簡單的溶液法制得超疏水氧化物納米線，其直徑在50～200nm，長度在10～20μm。相比于現(xiàn)有的技術，本發(fā)明的制備方法不需要昂貴的生產(chǎn)設備，操作流程簡單，所需原料價格相對較低，經(jīng)過實驗用試劑的等比例擴大預期可達到工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模。

技術領域

本發(fā)明屬于超疏水材料技術領域，具體來說涉及一種超疏水氧化物納米線及其制備方法和應用。

背景技術

上世紀七十年代，德國植物學家—威廉·巴特洛特偶然發(fā)現(xiàn)了植物的自清潔功能，之后對荷葉表面做了大量研究，提出了“荷葉效應”的自清潔理論。荷葉的自清潔功能源自表面的突觸，水在這種納米級的突觸上浸潤性很差，會形成小水珠在荷葉表面滾動并帶走灰塵，從而使荷葉保持清潔。水珠與荷葉表面的接觸角大于150°、滾動角小于10°，我們把這樣的表面稱為超疏水表面。通過對自然界的研究，人們發(fā)現(xiàn)鳥類的羽毛、蜻蜓的翅膀、水黽的腿等都具有很好的疏水性。

人工合成超疏水表面的兩種途徑：(1)在具有微納米粗糙結構表面上修飾低表面能物質(zhì)；(2)在具有低表面能的物質(zhì)表面構造微納米粗糙結構。用于制備超疏水表面的材料可分為有機物類、碳納米材料類、金屬氧化物類和氮化硼。有機物類包括有機硅烷、含氟有機物、有機單體(含有長脂肪鏈的分子，比如脂肪族胺、膦酸、酚酸、硬脂酰氯等)、其他聚合物(PA、PU、PAN、PBZ、PBA等)。碳納米材料類有碳納米纖維(CNF)、磁性碳納米管(Me-CNT)、石墨烯。金屬氧化物有氧化亞銅、氧化鋅、四氧化三鈷等。氮化硼的納米結構材料(氮化硼納米片、氮化硼納米管)具有良好的疏水性。在表面構造粗糙微納米結構的方法大致可分為兩類：(1)通過刻蝕類的方法控制表面的粗糙度，比如堿性或酸性的化學腐蝕、氧等離子體刻蝕、電化學腐蝕。(2)沉積或原位生長的方法改變表面的粗糙度，比如物理氣相沉、化學氣相沉積、在光滑表面原位生長新的納米晶體等。

目前制備超疏水表面的方法有浸涂法、噴涂法、原位生長法、氣相沉積法、靜電紡絲法、電化學法等。浸涂法是將被涂物體全部浸沒在盛有涂料的槽中，經(jīng)過很短的時間，再從槽中取出，并將多余的涂液重新流回槽內(nèi)的一種傳統(tǒng)工藝。噴涂法是涂料被外力從容器中壓出或吸出并形成霧狀粘附在物面上的表面改性方法。原位生長法是通過化學反應在基底表面原位生長低表面能聚合物的方法。氣相沉積法是通過化學或物理的方法將地表面能的物質(zhì)以氣相的形式沉積到基底上的方法。靜電紡絲法是通過靜電紡絲的工藝講地表面能物質(zhì)組裝到一起形成超疏水膜的方式。電化學法是通過電化學的方式對基底沉積低表面能的物質(zhì)或刻蝕來構造粗糙表面的方法。當前的技術中，浸涂法形成的疏水表面附著力較差，無法長期重復使用；原位生長法對基底有一定的要求，適用范圍比較局限；氣相沉積法、電化學法和靜電紡絲法工藝較為復雜且需要昂貴的設備，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超疏水氧化物納米線的制備方法，該超疏水氧化物納米線的制備方法采用較為簡單的噴涂方法，其無需特定的加工設備且可達到工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模，適用于工業(yè)化推廣。該超疏水氧化物納米線的制備方法以有機硅氧烷、有機鈦氧烷、有機鋯氧烷等類似的有機物為反應合成納米線的架構，低表面能物質(zhì)修飾納米線，可揮發(fā)性酸堿(例如濃硝酸、冰醋酸、濃鹽酸、氨水等)作為催化劑D，在有機溶劑(例如環(huán)己烷、石油醚、正戊烷等)中催化水解聚合反應得到一維納米結構材料。整個反應過程在室溫下進行，最終得到固體粉末產(chǎn)物為本發(fā)明的超疏水氧化物納米線，其直徑為50～200nm，長度可達10～20μm。

本發(fā)明的另一目的是提供上述制備方法獲得的超疏水氧化物納米線。

本發(fā)明的另一目的是提供上述超疏水氧化物納米線在涂料中的應用。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案予以實現(xiàn)的。