超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料的用途制造技术

本发明专利技术属于纳米孔材料领域，特别涉及具有超亲水性和／或超亲油性纳米孔材料的用途。本发明专利技术涉及将纳米孔材料与功能性的纳米材料复合，或控制纳米孔材料骨架化学性质使之具有功能性，从而制备具有超亲水性和／或超亲油性的功能性材料。该材料表面对水和／或油表现为超亲性质，接触角小于５°。水和油的铺展速度快，达到平衡接触角所需时间小于秒量级。该材料具有较好的透明性，在自清洁、杀菌、防雾、吸附、催化、吸波等领域均有良好的用途。

【技术实现步骤摘要】
超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料的用途                        
本专利技术属于纳米孔材料领域，特别涉及具有超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料的用途。                        
技术介绍
纳米孔材料是指以双亲分子或纳米微粒为模板，利用溶胶/凝胶、乳化或微乳化等物理化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装和协同化学反应生成的一类孔径在1～100纳米之间、具有孔通道结构的多孔材料。纳米孔材料容易进行化学改性和异质复合，得到功能性材料。1992年Mobil公司的研究人员成功地合成了MCM-41型纳米孔分子筛，孔径在1.5～10纳米之间可调整，其单一的孔尺寸分布、高的比表面积和孔隙率引起了广泛关注(C.T.Kresge，M.E.Leonowicz，W.J.Roth，J.C.Vartuli，J.S.Beck，“Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid crystaltemplate mechanism”，Nature 1992，359，710)。  此后纳米孔材料的研究主要集中在纳米结构和宏观形貌的控制以及以其为模板制备新型复合物上，其在催化领域的应用也有较多报道(U.Ciesla，F.Schüth，“Orderedmesoporous materials”，Microporous and Mesoporous Materials 1999，27，131)。然而，表而润湿性作为固体表面一个非常重要的性质，在纳米孔材料的研究中一直被人们所忽视，例如纳米孔材料的超亲水性和/或超亲油性目前还未见报道。以前对材料表面润湿性的研究中，人们发现二氧化钛在紫外光照射下具有超双亲性，水和油在其表面的接触角均小于5°(R.Wang，K.Hashimoto，A.Fujishima，M.Chikuni，E.Kojima，A.Kitamura，M.Shimohigoshi，T.Watanabe，“Light-induced amphiphilic surfaces”，Nature 1997，388，431)。但是紫外光照停止后，二氧化钛的超双亲性会逐渐变差。如何制备具有持久性的超亲水和/或超亲油材料，对于新材料的开发-->具有重要意义。研究表明材料表面的润湿性是由材料本身的性质和材料表面的微观结构共同决定的，最近的研究结果显示多孔结构的固体表面具有持久的双亲性(V.M.Starov，S.R.Kosvintsev，V.D.Sobolev，M.G.Velarde，S.A.Zhdanov，“Spreading of liquid drops over dry porous layers：Complete wetting case”，J.Colloid Interface Sci.2002，252，397)，但是其接触角仍大于5°。                        
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供具有致密的纳米孔结构和高的孔隙率，水和/或油的接触角均小于5°的具有持久超亲水性和/或超亲油性表面的纳米孔材料。本专利技术的再一目的是提供一种具有超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料的用途。本专利技术涉及将纳米孔材料与功能性的纳米材料复合(功能性的纳米材料占复合材料总量的0.01～20％)，或控制纳米孔材料骨架化学性质使之具有功能性，从而制备具有超亲水性和/或超亲油性的功能性材料。本专利技术涉及的基底包括无机材料，如玻璃、陶瓷或石材；金属材料，如铁、镍、铜、锌、铝、钛、镉及其合金等；高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、碳、羊毛、棉、麻等。其形式为片材、薄膜、多孔膜，纤维、多孔纤维及其织物、微粒。本专利技术所述的超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料能够用于自清洁、防雾、吸附、催化、紫外吸波等用途。本专利技术中具有超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料，可以通过下面的方法制备得到：(1).无机物溶胶的制备：将10～500重量份的硅酸酯类单体或钛酸酯类单体，10～500重量份的乙醇，1～50重量份的水，0.005～5重量份的酸或碱催化剂和0.005～100重量份的双亲分子或纳米微粒混合均匀，在10～78℃回流5分钟～3小时，得到透明无机物溶胶；溶胶中含有0.005～100重量份功能性的纳米材料时，便得到复合溶胶；(2).具有超亲水性和/或超亲油性的纳米孔材料的制备：(a)将步骤(1)制得的无机物溶胶或复合溶胶用浸入提拉涂层(拉伸速率0.05～150厘米/分钟)、旋转涂层(旋转速度10～8000转/分钟)、刷涂、-->喷涂或刮涂的方法涂于基底制成薄膜；或(b)将步骤(1)制得的无机物溶胶或复合溶胶用上浆方法与纤维或其织物复合，上浆速度0.05～15000厘米/分钟)；或(c)将步骤(1)制得的无机物溶胶或复合溶胶用气溶胶喷雾干燥的方法制成气凝胶；制备过程中双亲分子或纳米微粒自组装成纳米聚集态结构，无机物发生凝胶过程，形成固态材料。所得到的材料置于烧结炉内，并通空气，以0.1～10℃/分钟的速度升温至300～700℃灼烧0.1～6小时；或者用溶剂进行溶解抽提，除去双亲分子或纳米微粒模板，得到具有超亲水性和/或超亲油性纳米孔二氧化硅或二氧化钛材料，或得到二氧化硅和/或二氧化钛的功能性材料。通过改变双亲分子或纳米微粒模板的种类，可以实现纳米孔结构及尺寸的连续调节，所制得的纳米孔尺寸可在2～100nm间调节。本专利技术所述的超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料可涂于玻璃上，用于制造具有防雾功能的玻璃或光学透镜；涂于陶瓷、石材或建筑涂料涂层上，用于制造具有防结水功能的建筑或装修材料；涂于金属上，用于制造具有防结水功能的金属材料；涂于纤维或织物表面，用于制造具有透气性和排汗功能的纤维或织物；涂于玻璃纤维表面或无机纳米微粒基体表面，用于改善基体的亲和性质，从而同时在极性和非极性高分子树脂中均能很好分散；涂于孔径为0.1～1000微米的高分子多孔膜表面和/或孔通道中；得到具有尺寸、化学性质和手性选择性的功能复合多孔膜。所述的涂于纤维或织物表面的纳米孔材料中进一步含有二氧化钛或银纳米粒子，用于制备具有杀菌、消毒功能的医用外衣或制服的布料；二氧化钛或银纳米粒子占复合材料总量的0.01～20％。所述的纳米孔材料中进一步含有功能性的纳米微粒，功能性的纳米微粒占复合材料总量的0.01～20％，用于制造具有紫外、红外、微波吸收功能的玻璃或金属表面涂层。所述的纳米孔材料中进一步含有光催化、杀菌、自清洁功能的纳米微粒，纳米微粒占复合材料总量的0.01～20％，用于制造具有光催化和杀菌功能的材料。所述的纳米孔材料中进一步含有具有催化功能的无机纳米微粒，涂于无机或高分子多孔膜表面和/或孔通道中，使其产生高效催化作用，无机纳米微-->粒占复合材料总量的0.01～20％；无机高分子多孔膜的孔径为0.1～1000微米。在本专利技术所述的方法中，所述的双亲分子可以选择小分子表面活性剂、共聚物表面活性剂或有机小分子。如16烷基溴化铵、12烷基溴化铵、氧化乙烯一氧化丙烯一氧化乙烯嵌段共聚物、葡萄糖等。所述的纳米微粒，包括聚苯乙烯、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超亲水性和／或超亲油性纳米孔材料的用途，其特征是：所述的纳米孔材料涂于玻璃上，用于制造具有防雾功能的玻璃或光学透镜；所述的纳米孔材料涂于陶瓷、石材或建筑涂料涂层上，用于制造具有防结水功能的建筑或装修材料；所述的纳 米孔材料涂于金属上，用于制造具有防结水功能的金属材料；所述的纳米孔材料涂于纤维或织物表面，用于制造具有透气性和排汗功能的纤维或织物；所述的纳米孔材料涂于玻璃纤维表面或无机纳米微粒基体表面，用于改善基体的亲和性质，从而同时在极 性和非极性高分子树脂中均能很好分散；所述的纳米孔材料涂于孔径为０．１～１０００微米的高分子多孔膜表面和／或孔通道中；得到具有尺寸、化学性质和手性选择性的功能复合多孔膜；所述的纳米孔材料是纳米孔二氧化硅和／或二氧化钛材料，纳米 孔尺寸为２～１００ｎｍ；所述的无机纳米微粒包括：珍珠岩、碳酸钙、贝壳粉、硅石、高岭土、云母、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、纳米土、碳黑、氧化铝、红泥、硫酸钙、短切玻璃纤维或短切碳纤维。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水性和/或超亲油性纳米孔材料的用途，其特征是：所述的纳米孔材料涂于玻璃上，用于制造具有防雾功能的玻璃或光学透镜；所述的纳米孔材料涂于陶瓷、石材或建筑涂料涂层上，用于制造具有防结水功能的建筑或装修材料；所述的纳米孔材料涂于金属上，用于制造具有防结水功能的金属材料；所述的纳米孔材料涂于纤维或织物表面，用于制造具有透气性和排汗功能的纤维或织物；所述的纳米孔材料涂于玻璃纤维表面或无机纳米微粒基体表面，用于改善基体的亲和性质，从而同时在极性和非极性高分子树脂中均能很好分散；所述的纳米孔材料涂于孔径为0.1～1000微米的高分子多孔膜表面和/或孔通道中；得到具有尺寸、化学性质和手性选择性的功能复合多孔膜；所述的纳米孔材料是纳米孔二氧化硅和/或二氧化钛材料，纳米孔尺寸为2～100nm；所述的无机纳米微粒包括：珍珠岩、碳酸钙、贝壳粉、硅石、高岭土、云母、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、纳米土、碳黑、氧化铝、红泥、硫酸钙、短切玻璃纤维或短切碳纤维。2.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的涂于纤维或织物表面的纳米孔材料中进一步含有二氧化钛或银纳米粒子，用于制备具有杀菌、消毒功能的医用外衣或制服的布料；二氧化钛或银纳米粒子占复合材料总量的0.01～20％。3.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的纳米孔材料中进一步含有功能性的纳米微粒，功能性的纳米微粒占复合材料总量的0.01～20％，用于制造具有紫外、红外、微波吸收功能的玻璃或金属表面涂层；所述的功能性的纳米微粒是：微波吸收微粒是纳米石墨粉、纳米碳化硅、纳米硼化硅或纳米烟墨粉；紫外吸收微粒是纳米氧化铝或纳米云母；光吸收微粒是纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米氧化钨或纳米氧化锡。4.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述的纳米孔材料中进一步含有光催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，杨正龙，马劲，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]