一种超疏水阻燃材料的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种超疏水阻燃材料的制备方法是先配制含有碳材料、植物单宁和金属化合物并呈不同pH的混合溶液，然后利用该混合溶液对基底材料进行修饰，构造微‑纳粗糙结构，再用低表面能物质对具有微‑纳粗糙结构的基底材料进行表面处理，即可获得超疏水阻燃材料。本发明专利技术通过改变植物单宁‑金属离子配合物溶液的pH值来调控所形成的配合物纳米颗粒形态，不仅作为粘结剂将碳材料稳定包覆在基底材料表面，还能与碳材料共同构建超疏水材料所需微‑纳粗糙结构，再通过低表面能物质的修饰，同时赋予了基底材料优良的超疏水性能及阻燃性能。本发明专利技术所用工艺简单，原料价格低廉、易得，且长效节能，可以用于多种多样的织物，适用面广，易于实现大规模工业生产。

Preparation method of superhydrophobic flame retardant material

The preparation method of the super-hydrophobic flame retardant material disclosed in the present invention is to prepare a mixed solution containing carbon material, plant tannin and metal compound with different pH value, then use the mixed solution to modify the substrate material, construct micro-nano rough structure, and then use the low surface energy material to pair the base with micro-nano rough structure. The super hydrophobic flame retardant material can be obtained by surface treatment. The invention regulates the morphology of the complex nanoparticles by changing the pH value of the solution of the plant tannin metal ion complex, not only as a binder to stably coat the carbon material on the surface of the substrate, but also to construct the micro-nano-rough structure required for the superhydrophobic material together with the carbon material, and then to repair the low surface energy material. It also gives excellent superhydrophobic properties and flame retardancy of the base material. The invention has the advantages of simple process, low cost of raw materials, easy availability, long-term energy saving, and can be used for a variety of fabrics, wide application range and easy to realize large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水阻燃材料的制备方法
本专利技术属于超疏水材料的制备
，具体涉及一种利用纳米技术和表面修饰技术对基底材料进行修饰来制备超疏水阻燃材料的方法。
技术介绍
超疏水材料，是指材料表面与水滴的静态接触角大于150°的疏水材料。由于超疏水材料独特的表面润湿特性，使其可广泛应用于防水、防污、自清洁、流体减阻、抑菌等领域(ZhangX,ShiF,NiuJ,etal.Superhydrophobicsurfaces:fromstructuralcontroltofunctionalapplication[J].JournalofMaterialsChemistry,2008,18(6):621-633.BixlerGD,BhushanB.Fluiddragreductionandefficientself-cleaningwithriceleafandbutterflywingbioinspiredsurfaces[J].Nanoscale,2013,5(17):7685-710.)。作为目前功能材料的研究热点之一，超疏水材料的研究已有了一些重大性进展，这些已有的研究结果表明制备超疏水材料方法一般都需要经过两个步骤：一是要让材料表面具有低表面能；二是要让材料表面具有微-纳粗糙结构(Recentadvancesindesigningsuperhydrophobicsurfaces[J].JournalofColloid&InterfaceScience,2013,402(2):1-18.)。纳米粒子因具有粒径小﹑比表面积大的特点，因而利用纳米粒子在基底材料表面构建粗糙结构是目前制备超疏水材料的主要方法。采用这种方法所制备的超疏水材料表面由于存在纳米粗糙结构构建的空气囊，因而能有效阻隔水与基底材料表面直接接触，提高其疏水性能，实现超疏水。然而，这种方法的缺点在于纳米粒子与基底材料之间的作用力较弱，纳米粗糙结构难以持久(VerhoT,BowerC,AndrewP,etal.Mechanicallydurablesuperhydrophobicsurfaces[J].AdvancedMaterials,2011,23(5):673.MilionisA,LothE,BayerIS.Recentadvancesinthemechanicaldurabilityofsuperhydrophobicmaterials[J].AdvancesinColloid&InterfaceScience,2016,229(3):57-59.)。使用粘结剂来提高纳米粒子和基材之间的作用是解决上述问题的有效方法，然而目前已报道方法中用粘接剂来提高纳米粒子和基材之间作用的主要是多巴胺类物质。而多巴胺类物质因是一种脑内分泌物，虽然其粘接性不错，但是成本高昂，难以大规模使用(WangY,ShangB,HuX,etal.TemperatureControlofMussel‐InspiredChemistrytowardHierarchicalSuperhydrophobicSurfacesforOil/WaterSeparation[J].AdvancedMaterialsInterfaces,2017,4(2):727.)，这无疑会阻碍利用上述方法来制备超疏水材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用新的、成本低廉的粘接剂来制备超疏水阻燃材料的方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案如下：一种超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)以质量份计，按以下配方于室温下配制混合溶液：并将该混合溶液的pH值调至3.0-10.0；(2)先将基底材料依次用去离子水、无水乙醇润洗并干燥，然后将其放入上述混合溶液中进行浸泡处理至少5min，干燥后即得具有微-纳粗糙结构的基底材料；(3)将具有微-纳粗糙结构的基底材料用低表面能物质进行表面处理，即得超疏水阻燃材料。以上方法中所述的碳材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯或活性碳粉末中的任一种；其配比优选1.0-6.0份。以上方法中所述的植物单宁为缩合类单宁或水解类单宁，具体为荆树皮栲胶、杨梅单宁、坚木单宁、橡椀单宁、塔拉单宁或单宁酸中的任一种。以上方法中所述的金属化合物为六水氯化铁、四水氯化亚铁、硫酸钛、四氯化钛、二水钼酸钠或硫酸铝中的任一种；其配比优选0.5-2.0份。以上方法中所述的低表面能物质为聚二甲基硅氧烷溶液(PDMS)、乙烯基三乙氧基硅烷溶液(VTEO)或十二硫醇溶液(DT)中的任一种。其中所述的聚二甲基硅氧烷溶液由以下制备方法制得：按质量份计，将0.1-20.0份聚二甲基硅氧烷溶解在80.0-99.9份的溶剂中即可，聚二甲基硅氧烷可优选0.1-10.0份；所述的乙烯基三乙氧基硅烷溶液由以下制备方法制得：按质量份计，将至少0.95份的乙烯基三乙氧基硅烷分散在甲苯中即可；所述的十二硫醇溶液由以下制备方法制得：按质量份计，将至少0.2份的十二硫醇分散在无水乙醇中即可。以上制备聚二甲基硅氧烷溶液所述的溶剂为异丙醇、十二烷、正庚烷、正己烷或正辛烷中的任一种。以上方法中所述的基底材料为混纺布料、纯棉布料、再生纤维、三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫中的任一种，但不局限于这些。以上方法中所述的混合溶液是将含碳材料、植物单宁和金属离子加入无水乙醇和去离子水中经超声处理分散溶解即可。以上方法中所述的基底材料放入混合溶液中进行浸泡处理的时间优选2-30min。以上方法中所述的将具有微-纳粗糙结构的基底材料用低表面能物质进行表面处理的方式是：直接浸泡在聚二甲基硅氧烷溶液中至少2min，优选2-30min后取出并干燥，或直接浸泡在乙烯基三乙氧基硅烷溶液中至少20h，优选20-23h后取出并干燥，或直接浸泡在十二硫醇溶液中至少20h，优选20-22h后取出并干燥。以上方法中所述的对所述混合溶液pH值的调控可采用不同浓度的NaOH溶液或HCl溶液等常规无机酸碱进行。通过改变pH值来调控植物单宁与金属离子配位所形成纳米颗粒的形态，使其作为粘结剂将碳材料稳定包覆在基底材料表面，并起到增强纳米粗糙结构的作用，与碳材料共同构建超疏水材料所需微-纳粗糙结构，再通过表面修饰技术来降低基底材料的表面能，从而同时赋予基底材料超疏水性能及阻燃性能。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、由于本专利技术提供的方法是采用来源广泛、价格低廉的植物单宁来作为粘接剂的基料，因而可大大降低成本，大规模推广，弥补了现有采用多巴胺类物质作为粘接剂的缺陷。2、由于本专利技术提供的方法在采用来源广泛、价格低廉的植物单宁来作为粘接剂基料的同时，还添加了金属化合物，因而使植物单宁能与金属化合物中的金属离子形成配合物，增大粘接剂的粘度，可将碳材料稳定包覆固定在基底材料表面。3、由于本专利技术提供的方法还通过改变植物单宁-金属离子配合物溶液的pH值来调控所形成配合物纳米颗粒的形态，因而不仅使其作为粘结剂能将碳材料稳定包覆在基底材料表面，且同时还能起到增强纳米粗糙结构的作用，与碳材料共同构建超疏水材料所需微-纳粗糙结构。4、用本专利技术提供的方法制备超疏水阻燃材料，其不仅工艺简单，原料价廉易得，而且除干燥(也可常温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)以质量份计，按以下配方于室温下配制混合溶液：

【技术特征摘要】
1.一种超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)以质量份计，按以下配方于室温下配制混合溶液：并将该混合溶液的pH值调至3.0-10.0；(2)先将基底材料依次用去离子水、无水乙醇润洗并干燥，然后将其放入上述混合溶液中进行浸泡处理至少5min，干燥后即得具有微-纳粗糙结构的基底材料；(3)将具有微-纳粗糙结构的基底材料用低表面能物质进行表面处理，即得超疏水阻燃材料。2.根据权利要求1所述的超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的碳材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯或活性碳粉末中的任一种。3.根据权利要求1或2所述的超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的植物单宁为缩合类单宁或水解类单宁中的任一种。4.根据权利要求3所述的超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的植物单宁为荆树皮栲胶、杨梅单宁、坚木单宁、橡椀单宁、塔拉单宁或单宁酸中的任一种。5.根据权利要求1或2所述的超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的金属化合物为六水氯化铁、四水氯化亚铁、硫酸钛、四氯化钛、二水钼酸钠或硫酸铝中的任一种。6.根据权利要求4所述的超疏水阻燃材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，叶晓霞，石碧，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51