[发明专利]一种超疏水SiO2纳米功能液的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种超疏水SiO₂纳米功能液的制备方法，涉及疏水材料技术领域，在醇类溶剂中加入碱性催化剂和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制备SiO₂纳米颗粒的分散液；加入低表面能的无氟有机物进行反应修饰，制备超疏水SiO₂纳米功能液。本发明工艺简单，反应可控，成本低廉，产物分散性良好，在工业化推广生产和应用中具有重大的社会价值和经济价值。本发明还提供一种超疏水SiO₂纳米功能液的应用，超疏水SiO₂纳米功能液可通过喷涂、刷涂、浸涂等方法涂布于玻璃、塑料、陶瓷或金属等各类基材，形成超疏水薄膜；超疏水薄膜表面与水的静态接触角可达164.4度，滚动角低至1.8度，显示出优异的超疏水功能。

技术领域

本发明涉及疏水材料技术领域，具体涉及一种超疏水SiO₂纳米功能液的制备方法及应用。

背景技术

超疏水薄膜指与水滴静态接触角大于150度、滚动角小于10度的薄膜，其具有防水、自清洁、防污等功能，因而在日常生活及工业领域等具有广阔的应用前景。2002年，江雷研究组证实了荷叶等表面具有超疏水性能的本质原因，在于其表面微纳粗糙结构和低表面能物质的协同作用(Adv Mater 2002；14:1857-1860)。仿生超疏水表面利用荷叶及蝉翼等表面的仿生超疏水自洁净原理，通过在具有微纳粗糙结构的表面修饰低表面能成分或者在低表面能表面构造粗糙度的方式，实现固体表面的超疏水功能。由于超疏水特性，水滴在滑离固体表面时带走粘附在其上的粉尘粒子和污物，从而实现自清洁功能。这种自洁防污的功能在现代工业和生活的许多领域，具有重大的应用价值。超疏水薄膜材料可减少或避免灰尘等空气污染物的污染，在高湿度环境和雨天，因雨水的凝聚和滚落而带走表面灰尘实现自清洁功能。超疏水功能薄膜应用于建筑玻璃，可大大减少清洗次数。

近年来，国内外学者利用仿生超疏水原理探索了人工超疏水材料和超疏水涂层表面的各种制备途径和工艺。目前制备超疏水涂层的方法，如溶胶-凝胶法、相分离法、模板法、等离子腐蚀法、化学气相沉积法、电化学沉积法、自组装法、电纺丝法、有机无机杂化法等。专利CN107513176A公开了一种超疏水聚合物薄膜的制备方法，采用流延成型或定向拉伸等成型工艺制备聚合物薄膜，利用超临界CO₂发泡法使聚合物薄膜表面形成纳米乳突和沟槽的特殊结构，实现超疏水功能。专利CN106835043A公开了透明超疏水薄膜的制备，采用射频磁控溅射与退火相结合，再结合低温氟化处理而获得超疏水功能薄膜，获得的涂层厚度在60-150nm，与水的静态接触角大于167度。然而，这些方法设备或制备成本昂贵、操作过程比较复杂，实验条件苛刻，难以大规模生产和涂装。

另一方面，构造“有机/无机”复合材料分散体系是获得超疏水的一种有效途径，其中使用较多的无机成分为SiO₂。SiO₂基超疏水涂层的制备主要方法有两种：一种方法是将SiO₂颗粒与溶剂混合搅拌，超声分散，调节酸碱度等工艺过程获得SiO₂分散体系，然后将SiO₂沉积到衬底表面得到SiO₂涂层，最后将该涂层的衬底浸入低表面能修饰剂中进行修饰，提拉并干燥而得到超疏水SiO₂涂层。然而，这种方法常常由于表面修饰的低表面能有机分子容易损失或破坏而失效，且不利于大面积成膜。另一种方法是将SiO₂等混合粉粒加到溶剂中，并加入低表面能有机物进行修饰而获得分散体系，再经过涂布而获得超疏水涂层。然而，该方法制备的分散体系往往分散性较差，容易沉降，因此制成的涂层均匀性和重现性受到影响。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超疏水SiO₂纳米功能液的简易制备方法及应用，制备的SiO₂纳米功能液分散性良好，工艺简单，反应可控，成本低廉，且可大批量生产和涂装。