本发明专利技术提供了一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层及其制备方法与应用。该疏水硅烷涂层的制备方法包括步骤：首先以三烷氧基硅烷为原料制备缺角的POSS金属盐化合物，进一步与乙烯基三氯硅烷进行反应引入乙烯基，最后通过巯烯点击反应连接活性的烷氧基硅烷，制备了新型的POSS功能化的硅烷溶液，通过浸涂和喷涂的方式将溶液分散到棉织物和金属铜的表面，得到了疏水硅烷涂层。本发明专利技术的制备方法步骤简单，条件温和，在油水分离和防腐方面有着潜在的应用价值。该涂层可以应用到棉织物的表面赋予棉织物超疏水特性，并用于油水分离；而且该涂层还可以涂覆到金属铜的表面，减缓铜的腐蚀，在油水分离和防腐等方面具有巨大的应用潜力。分离和防腐等方面具有巨大的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层及其制备方法与应用，属于有机硅表面改性
技术介绍
[0002]受到自然界中动植物拒水性和自清洁性的启发，开启了人工制备超疏水系统的研究。由于超疏水材料在防污、防腐、阻燃、抗冰、抗菌、油水分离等领域具有潜在的应用价值，因此在学术界和工业界引起了极大的兴趣。硅烷类材料是构筑超疏水材料的重要物质之一。硅烷类材料通过烷氧基的水解可以有效地粘结到基底材料上，充当粘结剂的作用。硅烷类材料还具有低的表面能，可以有效提高拒水性。目前市场上的硅烷偶联剂的功能团大多是柔性的链式结构或者是体积较小的苯环，在构筑表面粗糙度时效果较差。这限制了硅烷直接用于超疏水涂层的应用效果。
[0003]多面体低聚笼型倍半硅氧烷(POSS)是一类立方体的多官能团的化合物，分子简式为[RSiO
1.5
]n
(R为有机官能团，n＝6、8、10、12，n＝8最为常见)。POSS分子内部为硅氧硅键构成的无机内核，具有良好的热稳定性、刚性以及耐辐射的特性，同时硅氧硅键本身具有低的比表面能，容易自组装，构筑粗糙的微纳米结构；POSS的外围是不同类型的有机基团，取代基的变化可以按照设计者的预想变化，赋予POSS更多功能，因此POSS是一种良好的超疏水材料的添加剂。但是POSS本身的粘附性较差，当作添加剂使用时容易产生相分离。
[0004]目前，POSS功能化硅烷的制备以及应用研究较少，制备新型的POSS功能化的硅烷并探索其相关的应用是一项非常有意义的工作。为此，提出本专利技术。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层及其制备方法与应用。本专利技术使用三氟丙基和苯基功能化的POSS对硅烷改性，得到了新型的POSS功能化的硅烷，发挥烷氧基部分的粘结性和POSS部分的疏水性能够获得新型的POSS硅烷的疏水涂层。该涂层可以应用到棉织物的表面赋予棉织物超疏水特性，并用于油水分离；而且该涂层还可以涂覆到金属铜的表面，减缓铜的腐蚀。因此该涂层在油水分离和防腐等方面具有巨大的应用潜力。
[0006]术语说明：
[0007]室温：具有本领域公知含义，指25
±
5℃。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，包括步骤如下：
[0010](1)将三烷氧基硅烷、水、碱和溶剂A混合均匀后加热回流，之后室温搅拌反应；反应结束后，除去溶剂，得到缺角的POSS金属盐化合物；
[0011](2)将步骤(1)得到的缺角的POSS金属盐化合物、酸吸收剂加入溶剂B中，在0
‑
5℃、保护性气体保护下滴加乙烯基三氯硅烷，在0
‑
5℃反应后转为室温反应；反应结束后，经过
滤、浓缩、沉淀，得到乙烯基硅烷封端POSS；
[0012](3)将步骤(2)得到的乙烯基封端POSS分散到溶剂C中，加入巯丙基硅烷、光引发剂，进行光催化反应，得到POSS功能化的硅烷溶液；
[0013](4)把步骤(3)中的POSS功能化的硅烷溶液分散到底物上，制备得到疏水硅烷涂层。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述三烷氧基硅烷为三甲氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷、三乙氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷、三甲氧基苯基硅烷或三乙氧基苯基硅烷；进一步优选为三甲氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷或三甲氧基苯基硅烷。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述水与三烷氧基硅烷的摩尔比为1.1
‑
1.5:1。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，进一步优选为氢氧化钠；所述碱与三烷氧基硅烷的摩尔比为0.43
‑
0.45:1；所述碱的比例过高或过低，则得到不到本专利技术的缺角的POSS金属盐化合物。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述溶剂A为四氢呋喃、甲苯、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，进一步优选为四氢呋喃；所述溶剂A的体积与三烷氧基硅烷的摩尔数之比为0.5
‑
1.5mL:1mmol。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述加热回流的温度为65
‑
75℃；所述加热回流的时间为3
‑
6小时，进一步优选为4
‑
5小时。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述室温搅拌反应的时间为10
‑
20小时，进一步优选为15
‑
18小时。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述溶剂B为乙醚、四氢呋喃、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷或甲苯，进一步优选为四氢呋喃；所述溶剂B的体积与缺角的POSS金属盐化合物的摩尔数之比为15
‑
25mL:1mmol。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述酸吸收剂为三乙胺；所述酸吸收剂与缺角的POSS金属盐化合物的摩尔比为2
‑
4:1。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述保护性气体为氮气或氩气。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述乙烯基三氯硅烷与缺角的POSS金属盐化合物的摩尔比为1
‑
1.3:1；所述乙烯基三氯硅烷的滴加速率为1
‑
2滴/秒。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，在0
‑
5℃下反应的时间为1
‑
6小时，进一步优选为3
‑
4小时；室温反应的时间为15
‑
24小时，进一步优选为18
‑
20小时。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述浓缩为将过滤所得滤液浓缩至有固体析出。
[0026]根据本专利技术优选的，步骤(2)中所述沉淀步骤为：将浓缩所得浓缩液加入甲醇中，进行沉淀，之后过滤，在40
‑
60℃下干燥2
‑
5h，得到乙烯基硅烷封端POSS；所述甲醇与浓缩液的体积比为15
‑
20:1；所述沉淀的时间为5
‑
10min。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤(3)中所述溶剂C为四氢呋喃、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷、苯、甲苯、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，进一步优选为四氢呋喃。
[0028]根据本专利技术优选的，步骤(3)中所述巯丙基硅烷为γ
‑
巯丙基三甲氧基硅烷或γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷；所述巯丙基硅烷与乙烯基封端POSS的摩尔比为1:1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，包括步骤如下：(1)将三烷氧基硅烷、水、碱和溶剂A混合均匀后加热回流，之后室温搅拌反应；反应结束后，除去溶剂，得到缺角的POSS金属盐化合物；(2)将步骤(1)得到的缺角的POSS金属盐化合物、酸吸收剂加入溶剂B中，在0
‑
5℃、保护性气体保护下滴加乙烯基三氯硅烷，在0
‑
5℃反应后转为室温反应；反应结束后，经过滤、浓缩、沉淀，得到乙烯基硅烷封端POSS；(3)将步骤(2)得到的乙烯基封端POSS分散到溶剂C中，加入巯丙基硅烷、光引发剂，进行光催化反应，得到POSS功能化的硅烷溶液；(4)把步骤(3)中的溶液分散到底物上，制备得到疏水硅烷涂层。2.根据权利要求1所述新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三烷氧基硅烷为三甲氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷、三乙氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷、三甲氧基苯基硅烷或三乙氧基苯基硅烷；优选为三甲氧基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅烷或三甲氧基苯基硅烷。3.根据权利要求1所述新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水与三烷氧基硅烷的摩尔比为1.1
‑
1.5:1；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，优选为氢氧化钠；所述碱与三烷氧基硅烷的摩尔比为0.4
‑
0.5:1；所述溶剂A为四氢呋喃、甲苯、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，优选为四氢呋喃；所述溶剂A的体积与三烷氧基硅烷的摩尔数之比为0.5
‑
1.5mL:1mmol。4.根据权利要求1所述新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热回流的温度为65
‑
75℃；所述加热回流的时间为3
‑
6小时，优选为4
‑
5小时；所述室温搅拌反应的时间为10
‑
20小时，优选为12
‑
15小时。5.根据权利要求1所述新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述溶剂B为乙醚、四氢呋喃、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷或甲苯，优选为四氢呋喃；所述溶剂B的体积与缺角的POSS金属盐化合物的摩尔数之比为15
‑
25mL:1mmol；所述酸吸收剂为三乙胺；所述酸吸收剂与缺角的POSS金属盐化合物的摩尔比为2
‑
4:1；所述保护性气体为氮气或氩气。6.根据权利要求1所述新型POSS功能化的疏水硅烷涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸿志，李万里，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。