一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜及其制备与应用，所述制备方法具体为：(1)首先使用硬脂酸将纳米粒子改性，得到疏水纳米粒子；(2)再取步骤(1)得到的疏水纳米粒子加入到硅烷膜溶液中，得到疏水纳米粒子硅烷膜溶液；(3)之后利用步骤(2)得到的疏水纳米粒子硅烷膜溶液在经前处理的金属基体上制备得到疏水纳米粒子硅烷膜；(4)将步骤(3)得到的疏水纳米粒子硅烷膜经硬脂酸修饰后得到超疏水硅烷膜。与现有技术相比，本发明专利技术通过纳米粒子改性与硬脂酸修饰处理得到超疏水硅烷膜，相比于价格昂贵的氟硅烷超疏水硅烷膜，更加可行高效，可以有效地降低生产成本，并且同时也能保证对金属基底的保护效果。证对金属基底的保护效果。证对金属基底的保护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜及其制备与应用


[0001]本专利技术属于表面处理领域，具体涉及一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜及其制备与应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着人们对生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，具有自清洁功能的表面得到了迅速的发展。自清洁表面是指表面的污染物或灰尘在重力或雨水、风力等外力作用下能够自动脱落或被降解的一种表面。
[0003]表面疏水技术是一种广博精深且具有较高实用价值的基础技术，在人们日常生活中有着广泛的应用。通过设计不同结构、化学和物理特征的涂料，能够为固体材料提供新的附加功能，特别是现代工业对疏水涂料快速增长的需求，给功能化的疏水涂料源源不断的研究动力。而超疏水涂层正是在此基础上发展而来的新型表面技术。
[0004]疏水涂料常指涂膜在光滑表面上的静态水接触角θ大于90
°
的一类低表面能涂料，而超疏水涂料是一种具有特殊表面性质的新型涂料，是指固体涂膜的水接触角大于150
°
并且常指水接触角滞后小于5
°
，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀、自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。
[0005]液体在固体表面的润湿特性常由杨氏方程描述。液滴与固体表面间的接触角大，润湿性差，其疏液体性强；反之则亲液体性强。固体表面的疏水性与固体表面的表面能密切相关。固体表面能低，静态水接触角大，水接触角大于90
°
>时呈明显的疏水性。目前已知的疏水材料有机硅、有机氟材料的表面能低，并且含氟基团的表面能依照－CH2－>－CH3>－CF2－>CF2H>－CF3的次序下降。－CF3基团的表面能小至6.7m J/m2，在光滑平面上的水接触角最大，通过Dupre公式可计算为115.2
°
，长链碳氢基团的自组装有序单层膜的水接触角可达112
°
。而通常低表面能无序排列的有机硅、有机氟聚合物的水接触角分别为101
°
、110
°
。但是氟类材料相对来说价格昂贵，不利于工业化生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是提供一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法。
[0007]本专利技术的第二个目的就是提供一种经上述方法制得的超疏水硅烷膜。
[0008]本专利技术的第三个目的就是提供一种上述的超疏水硅烷膜的应用。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法，所述制备方法具体为：
[0011](1)首先使用硬脂酸将纳米粒子改性，得到疏水纳米粒子；
[0012](2)再取步骤(1)得到的疏水纳米粒子加入到硅烷膜溶液中，得到疏水纳米粒子硅烷膜溶液；
[0013](3)之后利用步骤(2)得到的疏水纳米粒子硅烷膜溶液在经前处理的金属基体上
制备得到疏水纳米粒子硅烷膜；
[0014](4)将步骤(3)得到的疏水纳米粒子硅烷膜经硬脂酸修饰后得到超疏水硅烷膜。本专利技术的题目中“超疏水硅烷膜”是指沉积在金属基体上的那层膜，一般这种膜不会单独制备，会直接在需进行防腐处理的金属基体上进行制备，因此无需进行揭膜这一操作。
[0015]步骤(1)中，改性过程具体为：在25℃室温环境下，将纳米粒子于无水乙醇中超声1小时，再加入硬脂酸，继续超声30分钟，封口覆膜70℃水浴环境下搅拌12小时，然后常温搅拌1小时使得混合溶液稳定，再加入等体积的无水乙醇，离心去除清液，120℃鼓风干燥离心产物，最后将烘干产物放入行星球磨机中研磨至粒度为20～50nm，最终得到疏水纳米粒子。
[0016]步骤(1)中，纳米粒子、乙醇和硬脂酸的重量份比为(1
‑
5)份:(30
‑
100)份:(5
‑
10)份。优选地，纳米粒子、乙醇和硬脂酸的重量份比为1份:70份:5份。
[0017]步骤(1)中，所述纳米粒子选自纳米二氧化硅或纳米二氧化钛中的一种或多种，也可以根据情况选择其他纳米粒子。
[0018]步骤(1)中，所述疏水纳米粒子的疏水角为130～150
°
。通过实验改性可以将本来亲水或者疏水性能较差的纳米粒子，改性成为疏水角在130～150
°
左右的疏水纳米粒子。
[0019]步骤(2)中，所述疏水纳米粒子硅烷膜溶液制备具体过程为：在25℃室温环境下，取硅烷偶联剂、乙醇和水按照顺序混合，封口覆膜磁力搅拌12小时，得到硅烷膜溶液，随后在硅烷膜溶液中添加纳米粒子，再磁力搅拌2小时，得到疏水纳米粒子硅烷膜溶液。
[0020]步骤(2)中，所述疏水纳米粒子硅烷膜溶液包含以下重量份的组分：
[0021][0022]优选地，所述疏水纳米粒子硅烷膜溶液包含以下重量份的组分：
[0023]硅烷偶联剂
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20份
[0024]乙醇
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70份
[0025]去离子水
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100份
[0026]疏水纳米粒子
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2份。其中，硅烷偶联剂可为重量比为1:1的KH
‑
560和KH
‑
570混合而成。乙醇、去离子水均在干燥过程中被除去。
[0027]所述的硅烷偶联剂选自KH
‑
560、KH
‑
570或BTSE中的一种或多种。这些硅烷偶联剂均是比较常见且价格相对较低的硅烷偶联剂。
[0028]步骤(3)中，所述疏水纳米粒子硅烷膜的制备选自浸涂、喷涂、电化学辅助沉积或气相沉积中的一种或多种，其中喷涂法是以压缩空气将硅烷膜溶液雾化进行喷涂，其优点在于：能够任意选择喷涂条件，比较容易操作，适于重视喷涂质量的工件。电化学辅助沉积是通过对阴极施加一定的阴极电位，使溶液中某些组分(如O2、H2O)还原成OH
‑
，造成阴极附近溶液局部碱化，利用OH
‑
对硅烷sol
‑
gel过程缩合反应的显著催化作用，从而达到促进硅烷成膜的目的。气相沉积技术是在真空条件下，采用物理方法，将材料源——液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积
薄膜的技术。
[0029]步骤(3)中，采用浸涂方法时，所述疏水纳米粒子硅烷膜的制备过程具体为：在25℃室温环境下，将经过前处理的金属基体通过浸涂的方法泡入疏水纳米粒子硅烷膜溶液中5分钟，后取出，80℃干燥固化1小时，得到疏水纳米粒子硅烷膜。
[0030]所述金属基体为铁片。
[0031]金属基体的前处理过程具体为：依次经过脱脂、除锈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：(1)首先使用硬脂酸将纳米粒子改性，得到疏水纳米粒子；(2)再取步骤(1)得到的疏水纳米粒子加入到硅烷膜溶液中，得到疏水纳米粒子硅烷膜溶液；(3)之后利用步骤(2)得到的疏水纳米粒子硅烷膜溶液在经前处理的金属基体上制备得到疏水纳米粒子硅烷膜；(4)将步骤(3)得到的疏水纳米粒子硅烷膜经硬脂酸修饰后得到超疏水硅烷膜。2.根据权利要求1所述的一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，改性过程具体为：在25℃室温环境下，将纳米粒子于无水乙醇中超声1小时，再加入硬脂酸，继续超声30分钟，封口覆膜70℃水浴环境下搅拌12小时，然后常温搅拌1小时使得混合溶液稳定，再加入无水乙醇，离心去除清液，120℃鼓风干燥离心产物，最后将烘干产物放入行星球磨机中研磨至粒度为20～50nm，最终得到疏水纳米粒子。3.根据权利要求2所述的一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，纳米粒子、乙醇和硬脂酸的重量份比为(1
‑
5)份:(30
‑
100)份:(5
‑
10)份；步骤(1)中，所述纳米粒子选自纳米二氧化硅或纳米二氧化钛中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种基于疏水纳米粒子的超疏水硅烷膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述疏水纳米粒子硅烷膜溶液制备具体过程为：在25℃室温环境下，取硅烷偶联剂、乙醇和水按照顺序混合，封口覆膜磁力搅拌12小时，得到硅烷膜溶液，随后在硅烷膜溶液中添加纳米粒子，再磁力搅拌2小时，得到疏水纳米粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋继波，唐佳斌，郭曼利，李雨露，孙冉，黄星，孔玥，姚逸和，周少博，陈晓敏，韩生，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：