【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学材料，具体涉及一种一步法构筑非离子表面活性剂改性的超疏水材料的方法。
技术介绍
1、近年来，荷叶上水珠凝聚并带走污垢、水黾轻功水上漂、雨蝶翩然起舞等所表现出来的疏水性和自清洁现象引起了人们的广泛关注。随着技术的发展，各种超疏水材料的表面设计成为研究的热点，研究者们通过在超疏水材料上构筑微纳粗糙结构和修饰低表面能基团使其在表面自清洁、生物防污、油水分离、腐蚀防护等领域广泛应用。然而，目前大多数超疏水材料面临成本昂贵、工艺复杂、寿命较短等问题，限制了超疏水材料的工业化生产。因此，开发一种成本低廉、工艺简单、性能优良的超疏水材料具有重要意义。
2、层状硅铝酸盐是一种由硅氧四面体和铝氧八面体构成的具有层状结构的粘土矿物，其成本低廉、来源广泛，但是由于其层间距较小、亲水憎油、相容性差等离子缺点，限制了层状硅铝酸盐在超疏水材料方面的应用。若预先对层状硅铝酸盐进行改性，扩大其层间距，增加粗糙度，降低表面能，实现亲水向疏水的转变，则可制得性能优越、成本低廉的超疏水材料。
3、非离子表面活性剂可以通过氢键、共价键、配位键、范德华力等吸附到层状硅铝酸盐的层间和表面，扩大层间距；与传统阳离子/阴离子表面活性剂的离子交换机理不同，非离子表面活性剂烷基链引入层内空间后，空间内可变阳离子仍具有与环境阳离子交换能力，为后期超疏水材料的性能添加奠定基础。white等人利用两种非离子表面活性剂对蒙脱土进行插层和改性，在室温下将蒙脱土层间距由1.5 nm膨胀到1.7 nm，同时，非离子表面活性剂处理保留了蒙脱土80%以上的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种一步法构筑非离子表面活性剂改性的超疏水材料的方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一步法构筑非离子表面活性剂改性的超疏水材料的方法，将多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液混合，浓盐酸调至酸性条件，加热搅拌反应，制得所述超疏水材料；
4、所述多羟基硅烷为正硅酸乙酯（teos）或正硅酸甲酯（tmos）；所述层状硅酸盐为蒙脱土、滑石或云母；所述含氟非离子表面活性剂为全氟烷基乙醇聚氧乙烯醚（fx）、氟碳表面活性剂或全氟烷基聚醚；所述多元醇非离子表面活性剂为聚甘油脂肪酸酯（fl）、单硬脂酸甘油酯或山梨醇酐脂肪酸酯。
5、进一步地，所述多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液的用量比为3～5g：4～6g：5.3～8g：3～5g：35 ml。
6、进一步地，所述含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液浓度为：每0.3～3 g含氟非离子表面活性剂加至5 ml体积分数为50%的乙醇溶液中。
7、进一步地，所述乙醇溶液的体积分数为50%。
8、进一步地，所述浓盐酸的质量分数为36%-38%，所述酸性条件为ph 5-7，搅拌速度为500-1000 r/min。
9、在本专利技术中，采用“一锅法”，层状硅酸盐以水解缩聚的方式在其表面原位生长sio2纳米颗粒，与层状硅酸盐片共同构筑粗糙的微纳结构；利用非离子表面活性剂与层状硅酸盐之间的氢键作用对层状硅酸盐进行疏水和插层改性，使其兼备良好且稳定的疏水性能，从而更好地应用到表面防尘领域。
10、本专利技术在反应过程中利用具有粗糙结构和较大比表面积的层状硅酸盐作为基体材料，多羟基硅烷通过水解缩聚在其表面以化学键方式原位生长sio2纳米颗粒，与fx/fl改性的层状硅酸盐片共同构筑粗糙的微纳结构，极大地提高了超疏水材料的稳定性。
11、本专利技术制备的超疏水材料具有较低的表面能。其中碳氟链和长烷基链提供低表面能。本专利技术利用非离子表面活性剂对层状硅酸盐进行改性。多元醇非离子表面活性剂和含氟非离子表面活性剂以氢键方式对层状硅酸盐表面和层间进行插层和接枝，长烷基链和碳氟链大大提高了层状硅酸盐的疏水性，疏水性的提高在一定程度上解决了层状硅酸盐在聚合物基体中难以分散的问题，同时，层状硅酸盐片层发生卷曲，形成“花苞状”结构，有效增加了层状硅酸盐的粗糙程度。由此达到了稳定的疏水性能。此外，非离子表面活性剂烷基链引入层内空间后，空间内可变阳离子仍具有与环境阳离子交换能力，为后期超疏水材料的性能添加奠定基础。
12、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
13、（1）本专利技术通过利用含氟非离子表面活性剂和多元醇非离子表面活性剂对层状硅酸盐进行改性，提高了层状硅酸盐的疏水性，在解决了层状硅酸盐在聚合物基体中难以分散的问题；同时，层状硅酸盐片层发生卷曲，形成“花苞状”结构，有效增加了层状硅酸盐的粗糙程度；卷曲的片提供了更多的突起位点和微孔结构，减小水滴与材料的接触面积，进而提高了疏水效果。超疏水材料的水接触角可达160°以上，滚动角低至6.5°。此外，非离子表面活性剂烷基链引入层内空间后，空间内可变阳离子仍具有与环境阳离子交换能力，为后期超疏水材料的性能添加奠定基础。
14、（2）本专利技术制备的超疏水材料的原料来源广泛、价格低廉。
15、（3）本专利技术制备的超疏水材料合成工艺简单。采用“一锅法”，使其在酸性条件下进行反应，制备出疏水性良好且稳定的超疏水材料。使其能够更好的应用于工业化生产。
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1. 一步法构筑非离子表面活性剂改性的超疏水材料的方法，其特征在于，将多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液混合，浓盐酸调节pH 5-7，加热搅拌反应，制得所述超疏水材料；
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液的用量比为3～5g：4～6g：5.3～8g：3～5g：35 mL。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液浓度为：每0.3～3 g含氟非离子表面活性剂加至5 mL体积分数为50%的乙醇溶液中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇溶液的体积分数为50%。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浓盐酸的质量分数为36%-38%，搅拌速度为500-1000 r/min。
【技术特征摘要】
1. 一步法构筑非离子表面活性剂改性的超疏水材料的方法，其特征在于，将多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液混合，浓盐酸调节ph 5-7，加热搅拌反应，制得所述超疏水材料；
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多羟基硅烷、多元醇非离子表面活性剂、含氟非离子表面活性剂的乙醇溶液、层状硅酸盐、乙醇溶液的用量比为3～5g：4～6g：5.3～8g：3～...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宁琳，解雨欣，石绍泽，徐晓玉，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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