一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，将环氧树脂、固化剂、疏水硅溶胶配成反应液，在反应液中加入孔洞骨架材料，体系中形成的环氧微凝胶在骨架上粘附、生长，最后固化成环氧微球，烘干后得到超疏水耐磨损材料。本发明专利技术制备得到的超疏水材料具有高硬度、高机械强度、耐磨损、耐高温的优点。材料底部能够与基材牢固结合，材料表层与中间层具有一样的超疏水特性，在磨损条件下不失去超疏水的性质；微球颗粒牢牢粘附于骨架上，有效解决了普通超疏水材料表面微纳米粗糙结构不稳定、脆弱、机械性能差的问题。

A super hydrophobic composite material with high strength and wear resistance and its preparation method

The invention discloses a super hydrophobic composite material with high strength and wear resistance. The epoxy resin, the curing agent and the hydrophobic silica sol are mixed into the reaction liquid, and the pore skeleton material is added into the reaction liquid. The epoxy microgel formed in the system adheres and grows on the skeleton, finally solidifies into the epoxy microsphere, and obtains super hydrophobic resistance after drying. Wear materials. The superhydrophobic material prepared by the invention has the advantages of high hardness, high mechanical strength, wear resistance and high temperature resistance. The bottom of the material can be firmly combined with the substrate, and the surface layer and the middle layer have the same super-hydrophobic characteristics, which do not lose the super-hydrophobic properties under wear conditions; the microsphere particles adhere firmly to the skeleton, which effectively solves the problems of unstable, fragile and poor mechanical properties of micro-and nano-scale rough structure on the surface of ordinary super-hydrophobic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种超疏水复合材料领域，更具体的说是涉及一种超疏水块状耐磨损材料的制备。
技术介绍
受到荷叶效应的启发，人们制备了各种各样的超疏水表面，它们在自清洁、油水分离、抗腐蚀、抑菌、药物缓释等多种领域具有很好的应用价值。超疏水表面的制备，涉及到微纳米粗糙结构的构筑以及低表面能物质的修饰。然而，在外界压力、机械摩擦等条件作用下，微纳米粗糙结构因应力集中而损坏，从而失去了超疏水的性能，极大限制了超疏水材料的实际应用过程。目前，针对超疏水材料易磨损的问题，人们提出了多种解决的方法。专利CNIO4672995A公开了一种耐磨损易修复超疏水涂层制备方法，通过将丁苯橡胶粉、环氧树脂、乙酸乙醋、二乙烯三胺的混合物喷涂到基地上获得粘结层，再在粘结层上喷涂环氧树脂、乙酸乙醋、二乙烯三胺、氨基硅油的混合均获得超疏水涂层。专利CNIO6117573A公开了一种高耐磨高强度的超疏水材料及其加工方法，制备工序包括粘接层的生成、多孔网的嵌入以及最后疏水涂料层喷涂形成超疏水表面。专利CNIO3952945A公开了一种耐磨损的超疏水滤纸的制备方法，将滤纸依次浸泡于环氧树脂溶液、聚乙烯亚胺溶液、以及经缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性后的亚微级二氧化硅水溶液中，这个过程重复操作三到四后，将滤纸浸泡在硬脂酸疏水改性液中，干燥后得到了耐磨损的超疏水滤纸。这些方法主要通过中间层粘附剂的粘结作用提高机械强度，然后利用微纳米颗粒或疏水剂对粘附层表面进行处理，从而制备超疏水涂层。然而，即使粘结剂具有很好的粘结强度，一旦涂层表面失去疏水性，超疏水材料就会失去使用价值。因此，这些方法的使用，并没有从本质上提高超疏水性能的耐磨损能力。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种磨损后仍然具有超疏水能力的耐磨损材料。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，包括下述重量份：环氧树脂：2～4份固化剂：1份疏水性硅溶胶：40～60份；所述疏水性硅溶胶包括下述重量份：正硅酸乙酯：1份硅氧烷试剂：1～3份有机醇试剂：25～35份作为本专利技术的进一步改进，所述的硅氧烷试剂为六甲基二硅胺烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述环氧树脂为双酚A型、双酚F型、双酚S型缩水甘油醚型环氧树脂中至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述的固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、低分子量聚酰胺中至少一种。作为本专利技术的另一专利技术目的，提供一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料的制备方法，包括下述步骤：步骤一：将正硅酸乙酯、硅氧烷试剂、有机醇试剂混合，室温下搅拌40min，然后加入去离子水，继续搅拌3h，得到疏水性硅溶胶；步骤二：将环氧树脂、固化剂、疏水性硅溶胶加入到烧杯中，加热直到环氧树脂和固化剂全部溶解，得到均匀的环氧树脂混合液；步骤三：将微孔骨架剪清洗、干燥、裁切，加入到环氧树脂混合液中，反应24h，环氧树脂混合液中形成的微凝胶体会逐渐在骨架上粘附、生长、固化，最后形成球形环氧树脂微球颗粒；步骤四：取出反应后的微孔骨架，放到60℃烘箱中，干燥6h，得到超疏水材料。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一中反应中加入水的比例为：正硅酸乙酯与水的体积比为1∶1～1∶3；作为本专利技术的进一步改进，所述的步骤三中反应的温度为25～60℃，搅拌速度为200～500rpm.作为本专利技术的进一步改进，所述的步骤三中反应中形成的环氧微球颗粒的粒度为2～10μm。作为本专利技术的进一步改进，所述的微孔骨架为乳胶海绵、乳胶泡沫、聚氨酯海绵、聚氨酯泡沫、铜/镍等金属多孔网格或泡沫或纤维布料。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四中为：取出反应后的微孔骨架，放到60℃烘箱中，每隔1h随机方向移动海绵，干燥6h，即可获得高硬度的块状耐磨损超疏水材料；或者将反应后的微孔骨架放置到基底上，再放入60℃烘箱中，静置干燥6h，固化后得到与基底牢牢粘合的耐磨损的超疏水块状材料；或者将反应后的微孔骨架放置到不同材质的基底上，上表面覆盖一层保鲜膜后盖上另一片基底，在一定压力下压缩海绵，再放入60℃烘箱中，静置干燥6h，去掉模具，得到与基底牢牢粘合的耐磨损的超疏水薄膜。与现有技术相比，本专利技术方法具有以下优点：(1)制备过程中没有用到氟硅烷等低表面能含氟的昂贵试剂，环境友好，实验方法简单易行，利用浸泡法即可获得超疏水特性，不需要复杂精密的仪器设备，对基底的材质没有限制；同时根据不同的需要可以制备成非粘附的块状、粘附于基底的块状或薄膜状超疏水材料，极大拓宽了这种材料的实际应用价值；(2)本专利技术中环氧树脂不仅仅提供很强的粘附性，促进超疏水块状、膜状材料在基底上的牢固附着，环氧树脂和固化剂在硅溶胶的作用下，分散成球形的微凝胶体，并且在骨架上进行原位粘附、生长，最终固化形成环氧树脂微球颗粒，这种颗粒兼具粗糙化和疏水性的作用，与骨架形成牢固的化学粘附作用后直接获得超疏水特性；(3)本专利技术制备的超疏水块状材料具有很好的耐磨损能力，具有较高的抗压强度，能够抵抗外力作用而不发生变形；在刀刮、胶带反复撕拉、砂纸反复打磨条件下仍然保持超疏水特性，且材料磨率很低；材料化学性质稳定，在高温条件下煅烧后仍然具有超疏水特性；材料在乙醇中长时间超声处理，烘干后依旧保持超疏水性，通过扫描电镜观察，发现表面的微球颗粒牢牢粘附与骨架上，没有明显的脱落痕迹，这种制备方法有效解决了微纳米粗糙结构不稳定、脆弱、机械性能差的问题。附图说明图1为实施例1中非粘附的超疏水耐磨损材料扫描电镜图；图2为实施例2中粘附于玻璃片上的超疏水耐磨损材料扫描电镜图；图3为实施例1中超疏水块状材料经过砂纸磨损后的质量保留率；图4为实施例2中超疏水块状材料经过砂纸磨损后的质量保留率；图5为实施例1中超疏水块状材料经过砂纸磨损后的接触角的变化；图6为实施例2中超疏水块状材料经过砂纸磨损后的接触角的变化；图7为实施例1中超疏水块状材料应力-应变曲线图；图8为实施例2中超疏水块状材料应力-应变曲线图。具体实施方式下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。实施例1(1)取正硅酸乙酯3.0mL，六甲基二硅胺烷3.5mL，乙醇30mL混合，室温下搅拌40min，然后加入5mL去离子水，继续搅拌3h，得到疏水性硅溶胶；(2)称取双酚A环氧树脂0.70g，固化剂0.30g，硅溶胶12g，加入到烧杯中，加热直到环氧树脂和固化剂全部溶解，得到均匀的环氧树脂混合液；(3)将超声清洗、干燥后的乳胶海绵剪成10mm*10mm*5mm大小，加入到环氧树脂混合液中，在35℃，300rpm搅拌速度下反应24h；(4)取出反应后的海绵，放到60℃烘箱中，每隔1h随机方向移动海绵，干燥6h，即可获得高硬度的块状耐磨损超疏水材料；上述干燥后可以得到高硬度的块状材料，接触角为158.8°，滚动角4.6°。经过扫描电镜观察发现，乳胶骨架上密集粘附着环氧微球颗粒(图1)。在100g负重条件下，经过1000CW砂纸打磨1000cm后发现，这种块状材料依旧保持超疏水特性，接触角为159.2°，滚动角为4.2°(图3)。经过50g、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，其特征在于：包括下述重量份：环氧树脂：2～4份固化剂：1份疏水性硅溶胶：40～60份；所述疏水性硅溶胶包括下述重量份：正硅酸乙酯：1份硅氧烷试剂：1～3份有机醇试剂：25～35份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，其特征在于：包括下述重量份：环氧树脂：2～4份固化剂：1份疏水性硅溶胶：40～60份；所述疏水性硅溶胶包括下述重量份：正硅酸乙酯：1份硅氧烷试剂：1～3份有机醇试剂：25～35份。2.根据权利要求1所述的一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，其特征在于：所述的硅氧烷试剂为六甲基二硅胺烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型、双酚F型、双酚S型缩水甘油醚型环氧树脂中至少一种。4.根据权利要求1所述的一种高强度、耐磨损的超疏水复合材料，其特征在于：所述的固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、低分子量聚酰胺中至少一种。5.一种如权利要求1至4所述的高强度、耐磨损的超疏水复合材料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤一：将正硅酸乙酯、硅氧烷试剂、有机醇试剂混合，室温下搅拌40min，然后加入去离子水，继续搅拌3h，得到疏水性硅溶胶；步骤二：将环氧树脂、固化剂、疏水性硅溶胶加入到烧杯中，加热直到环氧树脂和固化剂全部溶解，得到均匀的环氧树脂混合液；步骤三：将微孔骨架剪清洗、干燥、裁切，加入到环氧树脂混合液中，反应24h，环氧树脂混合液中形成的微凝胶体会逐渐在骨架上粘附、生长、固化，最后形成球形环氧树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：全云云，魏坤，李花琼，黄祖胜，
申请(专利权)人：温州生物材料与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33