含納米改性材料的制作方法

本發明涉及一種含納米改性材料。

背景技術：

固體表面的浸潤性通常由表面的化學組成和微觀幾何結構決定的。近年來，超疏水性表面由于其在工農業生產以及人呢日常生活中廣闊的應用前景，如：油水分離、防腐蝕、自清潔、防水、防污、減阻涂層等，逐漸引起了人們的普遍關注。所謂超疏水表面一般是指與水的接觸角大于150°的表面，一般來說，超疏水性表面可以通過在疏水材料表面構建粗糙結構，或在固體表面上修飾低表面能物質來實現。

盡管目前已報道了許多超疏水性改性劑的組成與制備手段和方法，但是其在超疏水表面構成的實際應用還未能普及，尤其是簡單經濟、環境友好的制備方法有待開發。現有報道的大多數超疏水表面改性劑的制備過程中均涉及到用較昂貴的低表面能物質，如含環氧樹脂、多巴胺、有機氟或有機硅材料的化合物來降低表面的表面能，而且這些材料也普遍存在溫度變化適應性較差等缺陷。不僅如此，構建粗糙疏水表面的許多方法，如電化學沉積、溶膠凝膠工藝、光刻蝕、層層自組裝等，都會涉及到特定的設備、苛刻的條件和較長的周期，難以用于低成本大規模超疏水材料的制備(cn104449357a，2015.03.25，全文；cn103623709b，2015.07.01，全文；cn103305122b，2015.10.21，全文；cn102766269a，2012.11.07，全文；cn103951843a，2014.07.30，全文；cn102619093b，2014.05.21，全文.)。相比之下，氟硅聚合物、硅氧烷聚合物等不僅具有較低的表面能，同時兼具環境友好、耐溫度變化、抗輻射和優異的循環使用穩定性能，在溫和制備條件下可發生枝接聚合，牢固負載于被改性固體材料表面，而且價格低廉，適用于大面積涂布。結合納米粒子助劑等固有的高比表面特性，可以在固體材料表面形成微納米級突起、溝槽等粗糙結構，使得原本固-液接觸相部分被截留的空氣取代，形成固-液-氣三相接觸面，因而降低了固液接觸面，液滴更容易滾落，最終形成超疏水表面。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有技術中改性材料疏水性能較差、穩定性能較差問題，提供一種新的含納米改性材料。該方法具有高穩定性、高疏水性的優點。

本發明采用的技術方案如下：一種含納米改性材料，將納米材料溶解于疏水性有機硅化合物配劑中，攪拌至完全溶解，得到所述含納米改性材料；其中，納米材料選自碳基、銅族金屬基、銅族金屬氧化物或二氧化硅的納米顆粒、納米線或納米帶；所述疏水性有機硅化合物配劑為二甲基硅氧烷混合環dmc的甲苯環己酮溶液，或含乙烯基氯硅烷的乙醇溶液。

上述技術方案中，優選地，碳基納米粒子為碳納米管。

上述技術方案中，優選地，銅族金屬基納米粒子為超長銅納米線。

上述技術方案中，優選地，銅族金屬氧化物納米粒子為超支氧化銅納米棒。

上述技術方案中，優選地，納米材料與疏水性有機硅化合物配劑的質量比為0.05～0.2。

上述技術方案中，優選地，二甲基硅氧烷混合環dmc與納米材料的復配比例為1～6。

上述技術方案中，優選地，乙烯基氯硅烷與納米材料的質量比為0.25～1；乙烯基氯硅烷乙醇溶液的濃度為3mg/ml～8mg/ml。

上述技術方案中，優選地，機械攪拌時間>4小時。

本發明所涉及的納米改性劑原液粘合力較高，在固體材料表面構造的粗糙二級結構排列較為無規，因而能夠承受一定的損傷并保持良好的超疏水性能，同時原液造價低廉、無毒環保，易于擴大應用規模。

附圖說明

圖1為實施例1所得納米改性劑原液改性產品表面的掃描電子顯微鏡(sem)表征結果；

圖2為實施例1中改性后海綿體產品與水滴接觸照片；

圖3為實施例1所得改性海綿材料30次油水分離循環使用穩定性測試結果；

圖4為實施例7所得納米改性劑原液的tem表征結果；

圖5為實施例7所所改性海綿材料與水潤濕角照片；

圖6為實施例8所得改性后海綿基底材料表面的sem照片；

圖7為實施例9所得納米改性劑原液的tem表征結果；

圖8為實施例10所得改性海綿基底材料表面微觀形貌sem照片；

下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。

具體實施方式

【實施例1】

(1)稱取2克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，8.2克二甲基硅氧烷混合環dmc溶解于200毫升甲苯環己酮中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機械攪拌6小時至溶解，得到改性劑原液。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

圖1為實施例1所得海綿材料表面改性前后的掃描電子顯微鏡表征，通過觀察顯示改性后的樣品表面包裹了大量納米顆粒，堆積在一起的納米顆粒團簇形成了微米-納米級結構和凹凸不平的褶皺，大幅提升了基底材料的表面粗糙度；圖2為實施例1中改性后海綿體產品與水滴接觸照片，顯示其表面與水的浸潤角>150°，具有優良的超疏水特性；圖3為實施例1所得產品進行30次油水分離循環測試結果，證明該原液改性基底材料的穩定性能優良。

【實施例2】

(1)稱取1克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，11.2克二甲基硅氧烷混合環dmc溶解于500毫升甲苯環己酮中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機械攪拌4小時至溶解，得到所述含納米改性材料。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

所得產品外觀、疏水性能、使用穩定性與實施例1所得產品相似。

【實施例3】

(1)稱取20克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，240克二甲基硅氧烷混合環dmc溶解于6升甲苯環己酮中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機械攪拌5小時至溶解，得到所述含納米改性材料。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

所得產品外觀、疏水性能、循環穩定性與實施例1所得產品相似，說明該原液放大生產后依然能夠保持良好的改性能力。

【實施例4】

(1)稱取2克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于200毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產品外觀、疏水性能、使用穩定性與實施例1所得產品相似。

【實施例5】

(1)稱取0.6克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產品外觀、疏水性能、使用穩定性與實施例1所得產品相似。

【實施例6】

(1)稱取12克超疏水二氧化硅納米顆粒，6克乙烯基氯硅烷溶解于800毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產品外觀、疏水性能、使用穩定性與實施例1所得產品相似。

【實施例7】

(1)稱取2克碳納米管，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述含納米改性材料。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖4為實施例7所得納米改性劑原液透射電子顯微鏡(tem)照片，顯示其在氟硅烷乙醇溶液中分散性良好；

圖5為產品與水的靜態潤濕角照片，顯示所得產品潤濕角>150°，此外，其外觀與實施例1-6產品有所不同，呈現炭黑色，但疏水性能及其使用穩定性與實施例1-6產品相似。

【實施例8】

(1)稱取2克超長銅納米線粉體，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述含納米改性材料。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖6為實施例8所得改性后海綿基底材料表面的sem照片，顯示銅納米線在其表面相互搭接，形成起伏不平的納米網狀結構與納米級凹槽形貌。

該實施例所的產品的疏水性、使用穩定性與實施例1相似。

【實施例9】

(1)稱取2克超支氧化銅納米棒，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述含納米改性材料。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖7為實施例9所得納米改性劑原液tem照片，顯示其在氟硅烷乙醇溶液中分散性良好；該實施例所的產品的疏水性、使用穩定性與實施例1相似。

【實施例10】

(1)稱取2克二氧化硅納米帶，0.6克乙烯基氯硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述含納米改性材料。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖8為實施例10所得改性海綿基底材料表面微觀形貌sem照片，顯示二氧化硅納米帶也能夠在基底材料表面形成粗糙微納結構；該實施例所得的產品的疏水性、使用穩定性與實施例1相似。

【實施例11】

最佳測試條件下，將實施例1-10制備的改性海綿體材料進行水的接觸角測試，確定其超疏水性質，如表1所示，本發明設計制備方法所得材料均具有超疏水特性：

表1