[發明專利]一步法構筑表面具有微納結構疏水材料的方法

有效

• 申請號: 202110344107.8
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113105764B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 周寧琳;石紹澤;張盼;楚曉紅;王玉麗;劉奕含;宋秋嫻;徐旺;王悅
• 申請（專利權）人: 南京師范大學;南京周寧琳新材料科技有限公司
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D183/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孫斌

本發明公開了一步法構筑表面具有微納結構疏水材料的方法，該方法包括：將硅烷偶聯劑、多羥基硅烷、異丙醇、氟烴基硅烷、層狀硅酸鹽在酸性條件下進行反應，經過回流攪拌，離心水洗后，獲得沉淀，然后真空干燥、研磨過篩得到一種具有微納結構的氟硅改質劑/層狀硅酸鹽疏水材料。本發明在反應過程中利用具有較大比表面積的層狀硅酸鹽作為基體材料，通過在其表面和層間接枝或插層反應，連接上以SiO₂為核的長鏈疏水的氟硅基團，大大提高了層狀硅酸鹽的疏水性，并且通過表面改性有效的增加了層狀硅酸鹽片層表面的粗糙度，由此達到穩定的疏水性能。本發明疏水材料的制備方法采用一步合成法，其反應可控，操作簡單高效。

技術領域

本發明屬于疏水材料，具體涉及一步法構筑表面具有微納結構疏水材料的方法。

背景技術

近年來，疏水材料由于其防污、抗粘、疏水功能引起了人們的廣泛關注，疏水材料廣泛應用于織物防水抗污、油水分離、農膜防塵等領域。然而當前疏水材料的大規模應用受限于工藝復雜、成本昂貴、在基材中難以分散等缺陷。因此開發一種流程簡單、成本低廉且性能優良的疏水材料具有重要意義。

疏水材料自21世紀以來被人們所廣泛研究，疏水材料的制備通常采用兩種方法，一是構建粗糙的微納結構，二是在粗糙的微納結構上修飾低表面能基團。2017年Liu等人，通過溶膠-凝膠法以長鏈氟烷基硅烷制備了透明和自清潔的超疏水涂層。涂層表面呈現出粗糙、皺紋、丘狀的形態，類似于荷葉(粗糙的微尺度乳頭)的微觀結構，具有超疏水性。2019年日本科學家Yoshihiro Yamauchi和Masanobu Naito通過將聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶解在乙酸乙酯中，向溶液中加入微米級四腳ZnO，通過噴涂法在基體表面構筑了耐磨的微米級針狀超疏水結構。上述疏水材料具有良好的粗糙度和低表面能，但因其加工工藝復雜，成本高、不易分散等問題而影響其廣泛應用。

層狀硅鋁酸鹽是層狀硅鋁酸鹽礦物的聚合體，是具有無序過渡結構的微粒質點含水層狀硅鋁酸鹽礦物。層狀硅鋁酸鹽的基本結構單元分為四面體片和八面體片。層狀硅鋁酸鹽具有晶格置換，電負性，離子交換性能，這些性能決定了其在水性體系中具有膨脹性和懸浮性，然而阻礙了其與聚合物基體的相容性。由于層狀硅鋁酸鹽，成本低廉，來源廣泛，因此充分降低其表面能，提高疏水性能，增強其在聚合物基體的相容性與穩定性迫在眉睫。

為改善其疏水性能，有研究表明發現通過氟硅改性的納米SiO₂與蒙脫土、硅橡膠進行摻雜，制得的涂層具有良好的疏水效果(CN 103305122 A)，但是此方法由于僅僅是簡單的物理混合，并且涂層易損，易于光照下老化，涂層使用壽命縮短，并且由于其嚴苛的加料速度，限制其在實際生產中的應用。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種原料簡單，合成步驟簡易，可在酸性條件下進行反應，加料速度無要求，具有優異疏水性能的疏水材料的制備方法。本發明通過一步法以化學鍵的形式將氟硅改質劑接枝或插層到層狀硅酸鹽的表面和層間，使其兼備良好且穩定的疏水性能，其作為填料為能夠更好的應用于聚合物自清潔、防塵等領域。

本發明還提供了一步法構筑具有微納結構的氟硅改質劑/層狀硅酸鹽疏水材料。

技術方案：為了實現上述目的，本發明所述一種一步法構筑具有微納結構疏水材料的方法，包括如下步驟：

將硅烷偶聯劑、多羥基硅烷、異丙醇、層狀硅酸鹽、氟烴基硅烷、在酸性條件下進行反應，經過回流攪拌，離心水洗后，獲得沉淀，最后再對其進行真空干燥、研磨過篩，得到具有微納結構的氟硅改性的層狀硅酸鹽疏水材料。

其中，按質量比0.1～0.5：2.8～4：5～12：3.5～10：1.5～3.5將硅烷偶聯劑、多羥基硅烷、異丙醇溶劑、層狀硅酸鹽、氟烴基硅烷混合，加入濃鹽酸調節pH為3～5。

進一步地，所述反應中還加去離子水，所述去離子水與層狀硅酸鹽質量比為1～2：3.5～10。