一种超疏水材料的制备方法技术

本发明专利技术提供的一种超疏水材料制备方法，其步骤如下：（1）通过纳米技术，利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，从而提高材料整体三维结构的粗糙度；（2）通过表面修饰技术，利用低表面能物质对材料进行包覆，得到超疏水材料。本发明专利技术的超疏水材料与水的静态接触角为152‑158°。通过本发明专利技术方法制备的超疏水材料，其疏水性能优良，且制备工艺简单，反应条件温和，不需要特殊的加工设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超疏水材料及其制备
，具体涉及一种利用纳米技术和表面修饰技术对各种基材（皮革、布料和三聚氰胺泡沫）进行修饰制备超疏水材料的通用方法。
技术介绍
超疏水材料因其优异的拒水性能，在自清洁、防水防污、减阻降噪音、水处理等领域表现出了广阔的应用前景（T.Darmanin,etal.Recentadvancesinthepotentialapplicationsofbioinspiredsuperhydrophobicmaterials[J].JournalofMaterialsChemistryA,2014(2):16319-16359;R.Truesdell,etal.Dragreductiononapatternedsuperhydrophobicsurface[J].PhysicalReviewLetters,2006,97(4):044501-4.）。目前，该类新型功能材料在国防、建筑、涂料等多个领域均具有巨大的市场需求。超疏水材料要求水滴在其表面的静态接触角大于150度。然而，采用传统的氟和硅材料对固体材料表面进行简单的涂覆，难以实现材料的超疏水性能，其静态接触角小于150度。近年来，超疏水材料的研究有了重大性进展，各种无机或有机的超疏水材料被相继报道。这些已有的基础研究表明，获得超疏水材料需要满足以下两个条件：一是在材料表面构造粗糙形貌；另一个是用低表面能物质对该粗糙表面进行修饰（X.Zhao,etal.Robustanddurablesuperhydrophobiccottonfabricsforoil/waterseparation[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2013(5):7208-7214.）。即利用粗糙形貌作为“放大镜”来放大低表面能物质的疏水性能，使材料获得超疏水性能。随着20世纪90年代纳米技术的出现和快速发展，在固体材料表面构造微米-纳米结构已成为获得粗糙表面形貌的最有效手段。利用激光刻蚀、静电纺丝、电腐蚀、模板法等技术可实现一系列形貌可控的具有微米-纳米结构粗糙表面的制备（B.N.Sahoo,etal.Recentprogressinfabricationandcharacterizationofhierarchicalbiomimeticsuperhydrophobicstructures[J].RSCAdvances,2014(4):22053-22093.），在此基础上再用低表面能物质（硅或氟）进行表面修饰，即可获得形貌各异且疏水性能不同超疏水材料。然而，上述超疏水材料的制备工艺较复杂，制备材料需要特殊的加工设备，且加工设备昂贵、加工成本较高。因此，研发制备过程简单且疏水性能优良的超疏水材料是发展高性能超疏水材料的关键。
技术实现思路
本专利技术利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，从而提高基底材料整体三维结构的粗糙度，并通过表面修饰技术利用低表面能物质对粗糙结构进行包裹、修饰，制备疏水性能优良的超疏水材料。具体为：一种超疏水材料的制备方法，包括以下步骤：（1）利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，构造微米-纳米复合粗糙结构；（2）用低表面能物质对已获得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料进行表面修饰。所述纳米材料为粒径范围为15nm-150nm的TiO2纳米粒子、SiO2纳米粒子或CeO2纳米粒子。所述基底材料包括：皮革、布料和三聚氰胺泡沫。所述步骤（1）具体为：将基底材料浸泡在TiO2纳米粒子的前驱体溶液、或含纳米粒子的溶液、或含纳米粒子的液溶胶中处理，然后干燥，得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料。所述TiO2纳米粒子的前驱体溶液为浓度为5mmol/L-1mol/L的钛酸丁酯的无水乙醇溶液。所述含纳米粒子的溶液为含纳米TiO2粒子的PU和/或PMMA溶液；或含纳米SiO2粒子的PU和/或PMMA溶液。所述含纳米粒子的液溶胶为含纳米SiO2粒子的液溶胶或含纳米CeO2粒子的液溶胶。所述含纳米粒子的溶液中，其纳米粒子的浓度为0.02g/L-3g/L。所述含纳米TiO2粒子的PU溶液由以下方法制得：将1g直径为15nm-150nm的TiO2粒子分散在1L PU溶液中，得到含纳米TiO2粒子的PU溶液；所述含纳米SiO2粒子的液溶胶是由以下方法制得：按体积份配比计，将3份等体积的正硅酸乙酯和氨水加入到50份无水乙醇中，常温下磁力搅拌制即得含纳米SiO2粒子的液溶胶；所述氨水质量浓度为28%-33%；所述含纳米SiO2粒子的PMMA溶液是由以下方法制得：将1g直径为15nm-150nm的SiO2粒子分散在1L PMMA溶液中，得到含纳米SiO2粒子的PMMA溶液；所述含纳米CeO2粒子的液溶胶是由以下方法制得：配制25份0.06mol/L硝酸铈的无水乙醇溶液，加入4份0.1mol/L氢氧化钠溶液，磁力搅拌下制得纳米CeO2粒子的液溶胶。所述低表面能物质为硅烷溶液。所述硅烷溶液包括体积浓度大于0.5%的氟硅烷溶液、物质的量浓度大于0.05mol/L的硅烷偶联剂溶液。所述步骤（2）中表面修饰的方法为：将具有微米-纳米复合粗糙结构的基底材料直接浸泡在乙烯基三乙氧基硅烷的甲苯溶液或氟硅烷溶液中，然后干燥后即可制得超疏水材料；或先将具有微米-纳米复合粗糙结构的基底材料在PMMA溶液或PDMS溶液中浸泡、干燥后，再放入硅烷偶联剂溶液或氟硅烷溶液中浸泡，然后干燥后即可制得超疏水材料；所述硅烷偶联剂溶液为乙烯基三乙氧基硅烷的甲苯溶液。所述氟硅烷溶液由以下制备方法制得：按体积份配比计，将至少1份FAS、39份去离子水和59份无水乙醇混合，得到氟硅烷溶液；所述PU溶液由以下制备方法制得：按体积份配比计，将4份聚氨酯乳液分散在96份去离子水中，得到PU溶液；所述PMMA溶液由以下制备方法制得：按体积份配比计，将1-5份聚甲基丙烯酸甲酯乳液分散在30份去离子水和18份无水乙醇中，得到PMMA溶液；所述PDMS溶液由以下制备方法制得：将5份质量的sylgard 184硅橡胶分散在95份质量的异丙醇中，得到PDMS溶液。本专利技术的超疏水材料与水的静态接触角为152-158°。通过本专利技术方法制备的超疏水材料，其疏水性能优良，且制备工艺简单，反应条件温和，不需要特殊的加工设备。附图说明图1是本专利技术实施例1-3超疏水皮革与5µL水的接触角照片示意图。图2是本专利技术实施例4-6超疏水泡沫与8µL水的接触角照片示意图。图3是本专利技术实施例7-10超疏水布料与10µL水的接触角照片示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，且本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。有必要在此指出的是，本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，对于本领域的技术人员根据上述
技术实现思路
所做的一些非本质的改进与调整，也视为落在本专利技术的保护范围内。需要强调的是，此处所描述的具体实施例中的基材尺寸仅仅用以详细叙述本
技术实现思路
，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种制备高稳定性超疏水材料的方法，该方法的工艺步骤和条件如下（以下实施例所用物料的份数，如无特殊说明，均为体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水材料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：（1）利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，构造微米‑纳米复合粗糙结构；（2）用低表面能物质对已获得微米‑纳米复合粗糙结构的基底材料进行表面修饰。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水材料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：（1）利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，构造微米-纳米复合粗糙结构；（2）用低表面能物质对已获得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料进行表面修饰。2.根据权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述纳米材料为粒径范围为15nm-150nm的TiO2纳米粒子、SiO2纳米粒子或CeO2纳米粒子。3.根据权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述基底材料包括：皮革、布料和三聚氰胺泡沫。4.根据权利要求1或2或3所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）具体为：将基底材料浸泡在TiO2纳米粒子的前驱体溶液、含纳米粒子的溶液或含纳米粒子的液溶胶中处理，然后干燥，得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料。5.根据权利要求4所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述TiO2纳米粒子的前驱体溶液为浓度为5mmol/L-1mol/L的钛酸丁酯的无水乙醇溶液；所述含纳米粒子的溶液为含纳米TiO2粒子的PU和/或PMMA溶液、或含纳米SiO2粒子的PU和/或PMMA溶液；所述含纳米粒子的液溶胶为含纳米SiO2粒子的液溶胶、或含纳米CeO2粒子的液溶胶。6.根据权利要求4或5所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述含纳米粒子的溶液中，其纳米粒子的浓度为0.02g/L-3g/L。7.根据权利要求5所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述含纳米TiO2粒子的PU溶液由以下方法制得：将1g直径为15nm-150nm的TiO2粒子分散在1L PU溶液中，得到含纳米TiO2粒子的PU溶液；所述含纳米SiO2粒子的液溶胶是由以下方法制得：按体积份配比计，将3份等体积的正硅酸乙酯和氨水加入到50份无水乙醇中，常温下磁力搅拌制即得含纳米SiO2粒子的液溶胶；所述氨水质量浓度为28%-33%；所述含纳米SiO2粒子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，孔纤，石碧，张浚铭，廖学品，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51