一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层合成，具体涉及一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用，制备水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的方法，包括如下步骤：先对硅灰与纳米氧化硅进行混合，得到微纳氧化硅，再对微纳氧化硅进行改性，得到超疏水微纳结构氧化硅，最后涂在水泥上，得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层。本发明专利技术的制备水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的方法首先通过对廉价的硅灰与纳米氧化硅混合，使其结构变成微纳结构；再对微纳氧化硅进行改性，提高其表面疏水性，通过本发明专利技术的方法制备的沸石具有较高的疏水性，且价格低，有望在道路防覆冰等领域获得实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用
本专利技术涉及水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的合成，具体涉及一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用。
技术介绍
冬季寒冷地区水泥混凝土路面结冰的现象极大降低了交通运营能力，并引发安全性问题。近年来，研究者发现通过在水泥混凝土路面构筑超疏水涂层可极大地改善路面的防覆冰及防冻抗滑性能，具有广阔的研究和应用前景。超疏水表面，通常是对水憎恶性，能通过排斥地表水可以使水泥混凝土路面防结冰，更加耐用。莲子叶是自然界中最出名的超疏水表面，并且已经有仿生方法来模拟产生疏水表面的“荷叶效应”。疏水性受材料的化学性质或表面能的控制，以及纳米到微米级的分层形貌或表面粗糙度结构。尽管将纳米到微米级的分层形貌转化为人造表面已经得到广泛研究，还大量应用于日常生活、工业制造、管道输送、航海等诸多领域。但是关于应用到超疏水混凝土路面的文献报道非常有限，而我国公路的主要结构是水泥混凝土路面，深受严寒气候的影响，对于超疏水材料还没有实际的应用。我国公路的主要结构是水泥混凝土路面，深受严寒气候的影响，传统的除冰方法通常是人为的在结冰路面撒融雪剂(如盐)，还有人工清除和通过铲雪车机械清除等。不可否认这些方法取得一定程度的效果，但有相当大的局限性，浪费人力物力且效率不高还污染环境，例如在路面上洒融雪剂，这些物质会流入土壤使土壤盐碱化，渗入水体造成污染，破坏生态环境。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用，通过该方法制备的水泥涂层具有较高的结构稳定性和超疏水性，成本低。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅，其原料包括硅灰、纳米氧化硅和硅烷偶联剂；以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的2％-30％，硅烷偶联剂的含量为硅灰与纳米氧化硅总质量的10％-80％。一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的制备方法，其过程为：先将硅灰与纳米氧化硅混合干燥，得到微纳结构的氧化硅；再向微纳结构的氧化硅加入硅烷偶联剂进行改性，得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅。改性过程中，反应温度为50℃-80℃。改性反应时间为12-48h。改性过程中，对物料不断进行搅拌。向微纳结构的氧化硅加入硅烷偶联剂进行改性后，通过抽滤和干燥得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅。一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的制备方法，包括如下步骤：将水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅粉末筛于水泥上面，养护脱模后得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层。一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层，通过上述方法制得，水滴与所述水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层间的接触角为132°-166°。一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的应用，水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层用于道路防覆冰。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的原料包括廉价的硅灰、纳米氧化硅和用于有机改性的硅烷偶联剂，微米的硅灰和纳米氧化硅混合可形成具有粗糙表面的微纳米结构氧化硅，再利用硅烷偶联剂对微纳米氧化硅进行改性可降低其表面能，获得的氧化硅涂层可表现出优异的超疏水性。硅灰和纳米氧化硅具有一定的火山灰活性，其可与水泥之间发生火山灰反应，从而牢固地键合在水泥基表面，获得的氧化硅涂层具有较高的结构稳定性。这种水泥基表面微纳米结构氧化硅具有的超疏水性可避免雨水在路面上的渗入，进而防止路面结冰的问题，同时还可降低冰雪在路面的结合力，进而赋予路面优异的防覆冰功能。综上，本专利技术的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅具有较高的结构稳定性和疏水性，且价格低，防覆冰等领域具有很好的实际应用。本专利技术的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的制备方法，首先通过对廉价的硅灰与纳米氧化硅混合，得到的氧化硅是微纳结构的氧化硅；再对微纳结构的氧化硅进行有机改性，得到疏水性微纳氧化硅，提高了水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的表面疏水性。由上述本专利技术水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的有益效果可知，本专利技术制备的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层具有较高的结构稳定性和疏水性，且价格低，防覆冰等领域具有很好的实际应用；并且制备过程简单，方便，能够减小施工成本。本专利技术的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层，水滴与水泥涂层间的接触角为132-166°。用接触角仪测量水滴与改性水泥涂层的接触角，为132-166°，显著高于水滴与未改性水泥涂层的接触角0°，疏水性明显提高。附图说明图1为本专利技术硅灰与不同量的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的XRD图谱；图2为本专利技术水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的扫描图。具体实施方式下面结合附图和实施例来对本专利技术做进一步的说明。本专利技术在制备水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层时，先将硅灰与纳米氧化硅混合，干燥后得到微纳氧化硅，其中，以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的2％-30％；再向微纳氧化硅中加入硅烷偶联剂，在50-80℃下，反应12-48h，水洗干燥后再将其粉末筛于水泥上，其中，以质量分数计，硅烷偶联剂的含量为微纳氧化硅质量的10％-80％；硅烷偶联剂可以采用苯基硅烷偶联剂，在改性过程中对物料不断进行搅拌，改性使微纳氧化硅的疏水性提高，没有改性的水泥块与水滴的接触角为0°，改性后则达到132°-166°。下面结合实施例来对本专利技术作进一步的说明。实施例1：本实施例的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的制备方法按照如下步骤进行：先将硅灰与纳米氧化硅进行混合，干燥研磨得到微纳氧化硅，再将微纳氧化硅与苯基硅烷偶联剂反应，反应温度是60°，在不断搅拌的条件下处理24h，再经水洗、干燥得到疏水性微纳氧化硅，再将疏水性微纳氧化硅粉末筛于未干的水泥上，待干后脱模得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层；其中，以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的20％，苯基硅烷偶联剂的含量为微纳氧化硅质量的40％。将水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层用接触角仪测量水滴与其表面的接触角，改性的水泥涂层的接触角为157°，明显高于没有做任何处理的水泥涂层的接触角的0°，其疏水性极大提高。实施例2～11，方法同实施例1，各实施例的条件和接触角见表1。表1结合上述实施例可以得出，硅灰经硅烷偶联剂改性再涂在水泥上，疏水性硅提高，且随着硅烷偶联剂的增加和反应时间的延长，涂层的接触角不断增加，其接触角不断增大，最终可获得具有超疏水性地面防覆冰材料。图2为实施例1的扫描图，从图中可以看出改性后得到的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层是一种微纳结构。本专利技术的积极效果是：本专利技术制备的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的制备方法首先通过对廉价的硅灰与纳米氧化硅混合，得到的氧化硅是微纳结构的氧化硅；再对微纳结构的氧化硅进行有机改性，得到疏水性微纳氧化硅，提高了其表面疏水性；最后将疏水性微纳氧化硅粉末筛于水泥表面，养护脱模后就形成了水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层。通过本专利技术的方法制备的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层具有较高的结构稳定性和疏水性，且价格低，防覆冰等领域具有很好的实际应用。本专利技术的水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅，其特征在于，水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的原料包括硅灰、纳米氧化硅和硅烷偶联剂；以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的2％‑30％，硅烷偶联剂的含量为硅灰与纳米氧化硅总质量的10％‑80％。

【技术特征摘要】
1.一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅，其特征在于，水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的原料包括硅灰、纳米氧化硅和硅烷偶联剂；以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的2％-30％，硅烷偶联剂的含量为硅灰与纳米氧化硅总质量的10％-80％。2.一种制备权利要求1所述的水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的方法，其特征在于，过程为：先将硅灰与纳米氧化硅混合干燥，得到微纳结构的氧化硅；再向微纳结构的氧化硅加入硅烷偶联剂进行改性，得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，改性过程中，反应温度为50℃-80℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，改性反应时间为12-48h。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，改性过程中，对物料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，冷少争，郭慧东，黄剑锋，曹丽云，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61