[发明专利]一种有机无机复合超疏水涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水表面涂层及其制备方法，属于有机无机复合材料技术领域。 

背景技术

表面性质是固体材料最重要的理化性质之一，而浸润性又是材料表面性质的一个主要方面。近年来，超疏水表面引起了人们的广泛关注。超疏水表面是指与水的接触角大于150^o，而滚动角小于10^o的表面。由于超疏水表面与水滴的接触面积较小，水滴极易从表面滑落，因此超疏水表面不仅具有自洁功能，而且在微流器件、防电流传导、防腐、防雾、防霉、防雪、防霜、防霜冻、抗结冰、防粘附和防污等等许多领域具有广泛的应用前景。研究表明，超疏水表面具有低表面能和高表面糙度，通过对化学组成与表面结构形态的调控可得到超疏水表面。 

目前制备超疏水表面的方法和途径主要有：化学刻蚀法、相分离法、电极沉积法、模板法、溶胶-凝胶法、等离子处理和自组装等，但是这些技术普遍存在步骤繁琐等缺陷，且大多数超疏水表面的制备过程中均涉及到使用较昂贵的低表面能物质，如含氟或硅烷的化合物来降低表面能，而且许多方法涉及到特殊的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以实现大面积超疏水涂层的制备，在一定程度上限制了其实际应用。因此通过简易方法大面积制备超疏水表面涂层具有重要意义。发明专利CN 101575478 B公开了一种环氧树脂超疏水涂层的制备方法。通过二氧化硅颗粒、硅烷偶联剂、环氧树脂、疏水剂混合加热搅拌制得涂层溶液，在基体材料表面涂膜，通过加热使环氧树脂固化交联，得环氧树脂超疏水涂层。该方法虽然克服了传统技术的若干缺陷，但是仍有改进余地。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种有机无机复合超疏水涂层的制备方法。  

本发明所述有机无机复合超疏水涂层的制备方法，步骤包括改性二氧化硅纳米粒子制备、涂层溶胶制备和基底材料表面涂膜，其特征在于：所述改性二氧化硅纳米粒子的制备方法是：将纳米二氧化硅溶于溶剂A中，加入长链烷氧基硅烷作为改性剂，加热搅拌回流反应，制得改性二氧化硅纳米粒子；其中纳米二氧化硅、长链烷氧基硅烷改性剂和溶剂A用料的质量比为0.1～5:0.1～2.5:1～50，溶剂A为甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或其任意体积比的混合物；所述涂层溶胶的制备方法是：将制得的改性二氧化硅纳米粒子、环氧树脂、固化剂与溶剂B按质量比为0.1～5:0.1～5:0.1～2.5: 1～50的比例混合，超声混匀，制得涂层溶胶；其中固化剂为环氧树脂固化剂T31（天津三和化学有限公司生产），溶剂B为甲苯、丙酮中的一种或其任意体积比的混合物；所述基底材料表面涂膜的方法是：用刷涂或浸涂法将制得的涂层溶胶均匀涂抹于基底表面，室温干燥24～48h，即在基底表面形成一层有机无机复合超疏水涂层。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述纳米二氧化硅为气相法二氧化硅， 粒径为50～100nm。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述长链烷氧基硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷或十八烷基三乙氧基硅烷。 

其中：所述长链烷氧基硅烷优选十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述纳米二氧化硅、长链烷氧基硅烷改性剂和溶剂A用料的质量比优选为1～3:0.5～1.5:15～35。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述溶剂A优选甲苯或N，N-二甲基甲酰胺。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述改性二氧化硅纳米粒子、环氧树脂、固化剂与溶剂B按质量比优选为2～4:0.5～3:0.5～1.5: 15～35。 

上述有机无机复合超疏水涂层的制备方法中：所述溶剂B优选甲苯与丙酮按体积比为2:1的混合物。 

本发明充分利用了无机纳米化合物和聚合物的优点，制备的涂层具有超疏水、自洁性和抗结冰性能等多种功能。同时，制备方法简单、实用、成本低和方便。适于企业实施和规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。 

具体实施方式

为易于进一步理解本发明，下列实施例将对本发明作进一步阐述。 

实施例1 

（1）改性二氧化硅纳米粒子的制备：将5g纳米二氧化硅颗粒溶于50mL甲苯中，加入2.5g十六烷基三甲氧基硅烷作为改性剂，加热搅拌回流反应，制得改性二氧化硅。