菜花状超疏水活性颗粒的制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种具有高接触角和高粘附力的菜花状超疏水活性颗粒的制备方法与用途。利用异氰酸酯的高反应活性，通过功能修饰的无机纳米粒子间的反应，组装出结构新颖的菜花状粗糙纳米颗粒，经低表面能修饰后可得到具有超疏水活性的纳米颗粒，将其修饰在基材表面即可得到一种具有高接触角和高粘附力的仿壁虎脚的超疏水表面。原料价廉易得，反应条件相对温和，操作简单，设备要求不高。所得表面表现出较好的超疏水性能，8μL水接触角为156°，粘附力超过200μN。本发明专利技术的菜花状超疏水活性颗粒可以用于服饰、家电、车辆、建筑、卫生洁具、雨具、厨具等材料表面的疏水化改性，还可以在微流体无损传送、微注射器、微流体通道等技术领域中广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料的加工领域，具体的说是涉及一种具有高接触角和高粘附力 的菜花状超疏水活性颗粒的制备方法，本专利技术还涉及该超疏水活性颗粒的用途。
技术介绍
超疏水表面是指静态水接触角大于150°的表面，自然界的天然超疏水表面有两 种典型荷叶表面的滚动型和壁虎脚的粘附型。滚动型超疏水表面在自清洁领域具有广泛 的应用，而粘附型超疏水表面在微流体的无损传送等领域具有重要的实际应用价值。人工 超疏水表面的疏水类型主要是通过表面粗糙程度来控制的。目前，构筑超疏水表面的方法 主要有溶胶-凝胶法、等离子体处理法、异相成核法、刻蚀法、气相沉积法、电化学法、自组 装法等。这些方法都因其存在制备工艺流程长、反应设备复杂、原料不菲等缺点而难以实现 工业化。超疏水活性颗粒的开发为超疏水表面的实际应用提供一条工业化道路。目前，报 道的超疏水活性颗粒主要有草莓模型和仙人球模型等。这些活性颗粒是通过微纳尺度的无 机或有机粒子构筑出粗糙颗粒，经低表面能处理后可作为超疏水自清洁功能涂料的活性添 加剂等。
技术实现思路
本专利技术的目的是开发出一种具有菜花状超疏水活性的纳米颗粒并将其应用于超 疏水表面的制备，为超疏水表面的实际应用提供一种简易的方法。本专利技术是利用异氰酸酯的高反应活性，通过功能修饰的无机纳米粒子间的反应， 组装出结构新颖的菜花状粗糙纳米颗粒，经低表面能修饰后可得到具有超疏水活性的纳米 颗粒，将其修饰在基材表面即可得到一种具有高接触角和高粘附力的仿壁虎脚的超疏水表本专利技术包括纳米粒子的功能化改性、菜花状粗糙颗粒的制备和低表面能改性以及 菜花状超疏水活性颗粒的应用。该方法的步骤包括步骤一无机纳米粒子改性首先，用异氰酸酯对无机纳米粒子进行改性，修饰上异氰酸根；然后，用扩链剂进 行扩链，增加反应活性的同时提高其疏水性；步骤二 菜花状颗粒的制备将异氰酸根改性的300nm SiO2的分散液滴加至扩链剂改性的纳米颗粒中，利用异 氰酸酯的高反应活性，纳米颗粒问进行反应，从而组装出菜花状的活性颗粒；步骤三基材表面的粗糙化利用异氰酸酯的反应，将菜花状粗糙颗粒直接化学反应在基材表面，或者反应在 与涂有反应性树脂或涂料的基材表面；步骤四修饰低表面能物质将粗糙化处理的基材用异氰酸酯处理后，置于含活泼氢的低表面能物质的溶液中，利用异氰酸酯的反应，将其修饰在粗糙表面即得超疏水表面。所述的无机纳米粒子为粒径分别为30和300nm的二氧化硅(SiO2)。所述的基材为玻片、硅片、铝片、铜片等平整表面。所述的低表面能物质为羟基硅油、碳原子数在十以上的长链(硫)醇和长链胺以 及含有活泼氢的含氟低表面能物质等；含活泼氢的含氟低表面能物质包括对三氟甲氧基 苯胺及其衍生物、4-(4-三氟甲氧基苯基偶氮)苯酚及其衍生物、氟代的长链(硫)醇或胺寸。所述的溶剂为沸点在80°C左右的无毒低毒类有机溶剂包括乙酸乙酯、石油醚、 己烷、庚烷、轻质汽油、溶剂汽油、甲苯、丙酮等。所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷_4，4’ - 二异氰酸酯(MDI)、 多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯 (XDI)、异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷-4，4’_二异氰酸酯(HMDI)、三甲基六亚 甲基二异氰酸酯(TMDI)、氢化甲苯二异氰酸酯(HTDI)等二异氰酸酯或多异氰酸酯。所述的催化剂为三乙胺、二月桂酸二丁基锡等。所述的扩链剂为羟基硅油、羟基封端的聚丁二烯等。所述的干燥条件为50°C下真空干燥。本专利技术介绍的是一种制备具有新颖菜花状结构的超疏水活性颗粒的简便方法，以 及利用其制备超疏水表面。本专利技术的菜花状超疏水活性颗粒可以用于服饰、家电、车辆、建 筑、卫生洁具、雨具、厨具等材料表面的疏水化改性，还可以在微流体无损传送、微注射器、 微流体通道等
中广泛应用。附图说明图1菜花状超疏水活性颗粒的SEM图像图2菜花状超疏水表面水静态接触角、粘附性测试及数码照片具体实施例方式无机纳米粒子改性30nm SiO2的改性取Ig 300nm SiO2置于IOOmL无水溶剂中，超声分散，加入Ig 异氰酸酯，磁力或机械搅拌，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h ；分离后重新分散在无水 溶剂中，超声分散，加入Ig扩链剂和2滴催化剂，磁力或机械搅拌，氮气保护，80°C水浴或油 浴，反应3h，离心分离，溶剂洗涤，真空干燥；300nm SiO2的改性取Ig 30nm SiO2置于IOOmL无水溶剂中，超声分散，加入Ig 异氰酸酯，磁力或机械搅拌，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h，离心分离，溶剂洗涤，真空 干燥；菜花状颗粒的制备取0.4g 30nm SiO2置于60mL无水溶剂中，超声分散，滴加2滴催化剂，磁力或机 械搅拌，氮气保护，80°C水浴或油浴；将0.6g300nm SiO2分散于40mL无水溶剂中，滴加到上 述分散液中，反应5h，离心分离，溶剂洗涤，真空干燥；基材表面的粗糙化化学锚定法取硅片、玻璃(2cmX2cm)置于piranha溶液(ν/ν，浓H2SO4 H2O2 =7 3)中，90°C水浴或油浴，表面羟基化改性Ih;依次用水、丙酮洗涤、真空干燥后，置于 20mL无水溶剂中，加入Ig异氰酸酯，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h;溶剂洗涤后，置于 20mL无水溶剂中，加入IOmL菜花状颗粒的无水溶剂分散液和2滴催化剂，氮气保护，80°C水 浴或油浴，反应3h，溶剂洗涤，真空干燥；颗粒镶嵌法取羟基硅油和异氰酸酯以及成膜改性剂，控制羟基和异氰酸根的摩 尔比为1 :1. 5，加适量溶剂，滴加2滴催化剂，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h ；将乳液 涂于基材表面，溶剂挥发后，将基材置于20mL无水溶剂中，加入IOmL菜花状颗粒的无水溶 剂分散液和2滴催化剂，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h，溶剂洗涤，真空干燥；修饰低表面能物质将粗糙化处理的基材置于20mL无水溶剂中，加入Ig异氰酸酯，氮气保护，80°C水 浴或油浴，反应3h ；溶剂洗涤后，置于20mL无水溶剂中，加入Ig含活泼氢的低表面能物质 和2滴催化剂，氮气保护，80°C水浴或油浴，反应3h，溶剂洗涤，真空干燥。权利要求1.菜花状超疏水活性微粒的制备方法，其特征在于将经过功能修饰的无机纳米粒子 间反应，组装出菜花状粗糙纳米颗粒，经低表面能修饰后可得到具有超疏水活性的纳米颗 粒。2.菜花状超疏水活性微粒的制备方法，其特征在于如下步骤步骤一无机纳米粒子改性首先，用异氰酸酯对无机纳米粒子进行改性，修饰上异氰酸根；然后，用扩链剂进行扩 链，增加反应活性的同时提高其疏水性；步骤二 菜花状颗粒的制备将异氰酸根改性的300nm SiO2的分散液滴加至扩链剂改性的纳米颗粒中，利用异氰酸 酯的高反应活性使纳米颗粒间进行反应，组装成菜花状的活性颗粒；步骤三基材表面的粗糙化利用异氰酸酯的反应，将菜花状粗糙颗粒直接化学反应在基材表面，或者反应在与涂 有反应性树脂或涂料的的基材表面；步骤四修饰低表面能物质将粗糙化处理的基材用异氰酸酯处理后，置于含活泼氢的低表面能物质的溶液中，利 用异氰酸酯的反应，将其修饰在粗糙表面即得超疏水表面。3.如权利要求1、2所述，菜花状超疏水活性微粒的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
菜花状超疏水活性微粒的制备方法，其特征在于：将经过功能修饰的无机纳米粒子间反应，组装出菜花状粗糙纳米颗粒，经低表面能修饰后可得到具有超疏水活性的纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟箭，潘帅军，熊远钦，郭瑞，李玲，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43