[发明专利]一种可同时用于自清洁涂层和原油运输的超双疏SiO2粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超双疏粉末制备技术领域，特别涉及可制备可同时用于自清洁涂层和原油运输的简单低成本超双疏SiO₂纳米粉末的方法。

背景技术

20世纪90年代以来，基于“荷叶效应”构筑的超疏水表面的迅速发展，其在水环境下的疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等方面应用广泛。然而，固体表面不只会接触到水，也可能接触到其他表面张力相对较小的液体，如二氯乙烷、十六烷、柴油、润滑油等，这些油容易浸润疏水表面的微结构，从而影响超疏水表面在油污环境下的疏水、自清洁性、抗结冰、防雾等性能。鉴于此，超双疏表面的诞生有望解决油、水以及油水共存环境下的自清洁性、抗结冰、防雾问题，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。

超双疏SiO₂纳米颗粒，具有良好的超疏水和超疏油性能，从而可以将其运用于油水共存工作环境下的超双疏涂层。更重要的是，超双疏SiO₂纳米颗粒能够超疏原油，且原油在其表面的黏附力极小，故可以将其运用于超双疏管线涂层材料，使其在石油运输、化工行业中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产超双疏SiO₂纳米颗粒的方法，解决了超双疏材料制备步骤繁杂，生产成本高，实用性差的问题。将混合溶液在常温下搅拌制备SiO₂纳米颗粒，随后将制备的干燥的颗粒投入修饰液中修饰，获得的颗粒具备良好的超疏水和超疏油性能。

实现本发明目的的技术方案是：一种可同时用于自清洁涂层和原油运输的超双疏SiO₂粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.SiO₂纳米颗粒的制备：取一定量的正硅酸乙酯滴加到适量的无水乙醇中，在磁力搅拌机下搅拌一段时间形成无色透明溶液，接着向上述溶液中加入一定量的强还原性化合物，把装有三种物质的混合溶液的容器放在常温下磁力搅拌10 h，待反应结束后，通过抽滤，不断用乙醇和去离子水清洗，之后在60℃真空环境下干燥得到白色固体，用研钵轻轻的将上述固体研磨成粉末，从而完成SiO₂纳米颗粒的制备；

B.低表面能的修饰：将步骤A中制备的粉末加入到50mL一定浓度的含氟修饰剂和正己烷混合的溶液中，在室温下磁力搅拌2h，通过过滤，真空干燥得到超双疏粉末。

进一步地，步骤A中，强还原性化合物为联肼。

进一步地，步骤A中，正硅酸乙酯，联肼和乙醇体积之比为2：1：30。

进一步地，步骤A中，所得SiO₂纳米颗粒，粒径为30～50nm。

进一步地，步骤B中，含氟修饰剂为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷。

进一步地，步骤B中，一定浓度的含氟修饰剂浓度为0.5％(体积分数)。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

C.超双疏粉末超双疏性能的测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在玻璃表面，用注射器依次将5μL的水、十六烷、原油分别滴在有粉末覆盖的玻璃表面，测量油滴在其表面的接触角；

D.超双疏粉末自清洁性能测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在玻璃表面，在表面撒下少许活性炭粉，分别用水、柴油冲洗活性炭粉，并通过检测表面是否残留黑色的碳粉来判断清洁效果；

E.原油运输性能的测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在U型槽的内壁，将U型槽倾斜放置，通过滴管从U型槽上部快速滴加原油，观察原油的流动情况，并通过检测U型槽内壁是否有原油残留来判断其运输效果。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，节约能源，成本低廉；

2.制备的SiO₂纳米颗粒粒径约为30～50nm，经1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷修饰后，具有稳定的超双疏性能；

3.制备的超疏水颗粒具有超疏水/超疏油性，水的接触角大于150°，滚动角均小于6°；油的接触角大于150°，滚动角均小于10°。

4.该超疏水粉末可同时用于超双疏涂层和原油运输。

附图说明

图1：实施例1所得SiO₂纳米颗粒的扫描电镜图，其中(a)是高倍电镜图， (b)是低倍电镜图。