[发明专利]具有菊花状微纳结构的有机-无机复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种关于具有菊花状微纳结构的有机-无机复合涂层及其制各方法。

背景技术

有机-无机复合涂层在保持有机材料的成膜性、透明性、柔软性等优良特性的基础上，又具有无机纳米粒子的高硬度和耐热性等优点，纳米杂化结构形式多样，且可在相当大的范围内进行调控，能够赋予复合涂层以新的功能，因此受到人们越来越多的重视。目前，用于制备具有微纳结构的有机-无机复合涂层的方法主要包括：溶胶-凝胶法、电沉积或化学沉积法、等离子处理、平板印刷法等。这些方法一般是先将无机纳米粒子与有机聚合物直接共混或用聚合物对无机纳米粒子进行简单包覆(无机纳米粒子与聚合物之间没有发生化学反应)，然后再制备成具有微纳结构的涂层。但是，这些制备方法有的所需化学条件和工艺苛刻、有的需要使用大量的有机溶剂或设备昂贵难以在有机-无机复合涂层的微纳结构构建上得到工业化的应用。因此，寻求一种工艺条件简单、安全无毒的有机-无机复合涂层显得十分重要。

中国专利申请号200810232749．3提出了一种瓷绝缘子表面超疏水性涂层的制备方法，通过溶胶-凝胶法制备出二氧化硅溶胶，并加入硅烷偶联剂，对其进行改性处理，然后将表面处理后的瓷绝缘子浸入二氧化硅溶胶及加成型液体硅橡胶溶胶中提拉镀膜，经热处理后得到具有微纳米级粗糙结构的透明超疏水性涂层，但是涂层制备步骤繁多，工艺条件复杂。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种性能优异、安全无毒、工艺简单的具有菊花状微纳结构的有机-无机复合涂层及其制备方法，以共聚的方法将含有有机氟的聚合物化学接枝在杂化纳米二氧化硅上，使所制涂层材料只有优异的疏水性能。

技术方案：本发明的具有菊花状微纳结构的有机-无机复合涂层材料按重量百分比wt％计为：

杂化纳米二氧化硅    0.1-10 wt％

  非氟化乙烯基单体    2—30 wt％

   氟化乙烯基单体      0．5—12wt％

    引发剂              0．05—2wt％

    表面活性剂          0．03—2wt％

    碳酸氢钠            0.5—5wt％

    余量为去离子水。

所述的杂化纳米二氧化硅的粒径是100—500nm。

所述的氟化乙烯基单体为氟化丙烯酸酯类单体。

所述的非氟化乙烯基单体为甲基丙烯酸酯、烯基芳族化合物或丙烯酸酯单体中的一种或几种。

所述的引发剂为过硫酸盐或水溶性偶氮引发剂。

所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或硬脂酸中的一种或几种。

本发明的具有菊花状微纳结构的有机-无机复合涂层材料的制备方法包括下述步骤：

1)  以乙烯基硅氧烷为原料，去离子水为溶剂，十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，在碱性条件下，按乙烯基硅氧烷：去离子水：氨水：十二烷基苯磺酸钠=4-10：80-120：0．5-2．5：0．02-0．1的质量比混合后，在35-70°C温度下搅拌5-30h，离心洗涤后得到表面带双键的杂化纳米二氧化硅；

2)  将步骤1)中的杂化纳米二氧化硅在去离子水中充分分散，然后与乙烯基单体聚合，乙烯基单体包括氟化乙烯基单体与非氟化乙烯基单体，聚合的引发剂为热引发剂或水溶性偶氮引发剂，采用碳酸氢钠为缓冲剂，调节体系的pH值至11左右；制备时先将去离子水和杂化纳米二氧化硅在氮气保护下搅拌0．5-5h，升温至75℃加入碳酸氢钠和引发剂继续搅拌O．5-5h，然后将超声处理5-30min的表面活性剂与乙烯基单体的混合液缓慢滴入反应器中，搅拌反应10-30h，得到乳白色分散液；

3)  将步骤2)中的乳白色分散液涂覆在载玻片上，然后放置在烘箱中于40-60℃的温度下干燥处理，得到具有菊花状微纳米级粗糙结构的复合涂层。

所述步骤1)中的乙烯基硅氧烷可采用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷。

本发明根据乳液聚合法制备了表面带有双键的杂化纳米二氧化硅。杂化纳米二氧气化硅以乙烯基硅氧烷为原料，不同于以正硅酸乙酯为原料制备的二氧化硅，表面不含有-Si-OH键，而是富集了大量的-Si-CH=CH2键，因此杂化二氧化硅具有良好的疏水亲油性，并且由于表面富集了双键基团，在制备有机-无机复合乳液时无需对二氧化硅进行表面处理，简化实验步骤。