一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，公开了一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法。该方法包括以下步骤：在脱氧氮气和干燥条件下，将聚甲基氢硅氧烷、γ

【技术实现步骤摘要】
一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法


[0001]本专利技术属于高分子材料
，特别涉及一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法。

技术介绍

[0002]“荷叶效应”激发了人们在一些基材表面制备仿生的超疏水效果并将其应用于生产生活的方方面面，比如说，石材、水泥、混凝土、木材、纸张、棉布、皮革、建筑内外墙、汽车挡风玻璃等。含氟物质的表面能是最低的，许多的研究人员纷纷采用含氟的小分子或者合成相关的含氟聚合物来制备超疏水的表面。虽然含氟的小分子或者聚合物可以在表面形成几纳米的超疏水涂层，但是含氟物质不容易分解，在体内会富集，长期大量的使用会给人类的健康带来诸多的安全隐患。因此，研究人员也一直在探索是否有一些物质可以替换低表面能的含氟物质同时又可以提供超疏水所需的低表面能。聚甲基氢硅氧烷的表面张力为22mN/m，其表面张力相对于水的表面张力(72.6mN/m)来说也是非常低的，研究人员已经针对只使用有机硅但是不使用含氟的物质来制备超疏水的表面进行了探究。基于超疏水表面的制备肯定是朝着更绿色以及成本更低的方向发展。
[0003]文献中采用有机硅制备超疏水表面的方法主要是分为三类，第一类是有机硅小分子制备纳(Nanofilaments)构筑超疏水表面，第二类是聚二甲基硅氧烷形成刷子(Brush)构筑超疏水表面。第三类是交联网络结构制备的超疏水表面。第一、二种方法均可以制备无氟的耐磨超疏水涂层，但是均存在着诸多的缺点。比如说，有机氯硅烷小分子在处理一些纤维素材质的基材时会破坏纤维素的结构，而且，氯硅烷特别容易水解不利于实验的操作，通过浸涂的方法进行处理也会造成大量未附着在基材上的原料的浪费。还有就是，带有锚固基团的聚甲基氢硅氧烷刷子也是通过溶液浸涂的方式和基材反应，在反应的过程中，锚固基团不仅会和基材上的活性基团发生反应，锚固基团之间也会发生交联反应，这些交联的物质并不能锚固在基材上，从而造成了大量精心制备的功能性聚合物的浪费。目前来说，通过交联网络结构制备超疏水表面的研究并不是很多。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法，解决了以下技术问题：本专利技术通过硅氢加成反应在聚甲基氢硅氧烷(PMHS)部分侧链上接枝KH570，引入锚固点的乙氧基基团，然后再用同样的方法引入带有光固化能力的环氧基团；通过喷涂的方式，将同时带有环氧基团和锚固基团的改性硅油喷涂带基材上，通过光固化的方法形成基材表面的网络结构，然后，再酸水解，锚固到基材上。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0006]在脱氧氮气和干燥条件下，将聚甲基氢硅氧烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和干燥甲苯混合均匀，升温至80℃，反应体系温度稳定后，加入Speier
’
s催化剂，磁力
搅拌反应1h；再加入3.26g烯丙基缩水甘油醚，反应30min后，低压蒸馏除去甲苯，然后于50℃真空干燥5小时，得到超疏水无氟材料。
[0007]所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.56mol/100g。
[0008]所述聚甲基氢硅氧烷的用量为10g，所述γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量为6.938g，所述干燥甲苯的用量为50mL，所述Speier
’
s催化剂的用量为1.2235g。
[0009]所述Speier
’
s催化剂按照以下方法制备得到：将0.1g H2PtCl6.6H2O和37.73g异丙醇一次性加入到氮气保护的反应器中，并搅拌1小时，得到1000PPM的Speier
’
s催化剂。
[0010]上述方法中的反应方程式为：
[0011][0012]一种由上述的方法制备得到的超疏水无氟材料，该超疏水无氟材料，具有如下式(Ⅰ)所示结构：
[0013][0014]n、m和x分别为1～100内的自然数。
[0015]上述的超疏水无氟材料主要用途是做成涂料，可以涂覆在船舶或者建筑外墙等中的应用。
[0016]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0017]本专利技术制备的改性含氢硅油的方法可取代现有的有机硅小分子制备纳米丝(Nanofilaments)构筑超疏水表面和聚二甲基硅氧烷形成刷子(Brush)构筑超疏水表面的工艺，本专利技术已成功用于不同含氢量(0.09
‑
1.22)mol/100g的硅油改性。我们以聚甲基硅氢氧烷为起始原料，直接在线性聚甲基硅氢氧烷侧链接枝，通过硅氢加成反应，可以计算并控制接枝率，合成了同时具有锚固集团和光固化基团的改性硅油，为工业需求和不同用途改
性硅油奠定理论基础。另外，聚甲基硅氢氧烷是工业生产的附加产品，是个工业的废料，便宜、易得而且相当稳定、无毒无害、环境友好。通过硅氢加成反应改性聚甲基硅氢氧烷的工艺简单，合成了同时具有锚固集团和光固化基团的改性硅油，反应条件温和，产率高，接枝率可控，是取代传统的以D4等为起始原料通过开环聚合工艺合成氨基含氢硅油的理想方法。本催化剂用量相对较少，后处理简单，环境友好。
附图说明
[0018]图1是实施例1所得超疏水无氟材料的核磁氢谱图。
[0019]图2是PMHS在130℃下连续接枝KH570和AGE合成PMHS
‑
g
‑
(AGE
‑
r
‑
KH)的在线红外图谱。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。
[0021]实施例1
[0022]1、将0.1克H2PtCl6.6H2O和37.73克异丙醇一次性加入到氮气保护的反应器中，并搅拌1小时，得到的液体即为1000PPM的Speier
’
s的催化剂，被密封并储存在阴凉处以备后续使用。
[0023]2、在脱氧氮气和干燥条件下，将10g聚甲基氢硅氧烷(PMHS含氢量0.56mol/100g)、6.938g(0.028mol)γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)和干燥甲苯50mL混合均匀，逐渐升温至80℃，反应体系温度稳定后，加入1.2235g步骤1所得1000PPM的Speier
’
s的催化剂，磁力搅拌反应1h；再加入3.26g(0.028mol)烯丙基缩水甘油醚，反应30min后，低压蒸馏除去甲苯，然后于50℃真空干燥5小时，得到目标产物。
[0024]3、采用FT
‑
IR与1H
‑
NMR对上述目标产物进行检测，结果如图1和图2所示。从图2可以看出，在Si
‑
H键的特征峰2160cm
‑1逐渐消失，证明反应是按照我们的设想去发展，Si
‑
H加成到了烯烃双键上，形成了Si
‑
碳健；从图1可以看出，我们对产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法，其特征在于包括以下操作步骤：在脱氧氮气和干燥条件下，将聚甲基氢硅氧烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和干燥甲苯混合均匀，升温至80℃，反应体系温度稳定后，加入Speier
’
s催化剂，磁力搅拌反应1h；再加入3.26g烯丙基缩水甘油醚，反应30min后，低压蒸馏除去甲苯，然后于50℃真空干燥5小时，得到超疏水无氟材料。2.根据权利要求1所述的一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法，其特征在于：所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.56mol/100g。3.根据权利要求1所述的一种通过环氧光固化合成超疏水无氟材料的方法，其特征在于：所述聚甲基氢硅氧烷的用量为10g，所述γ
‑
甲基丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡继文，何大广，桂雪峰，涂园园，林树东，崔晓花，张风炎，龚子洋，李炜乐，周仁杰，
申请(专利权)人：中科院广州化学有限公司国科广化南雄新材料研究院有限公司国科广化韶关新材料研究院，
类型：发明
国别省市：