[发明专利]一种树莓状复合颗粒制备稳定超疏水材料的方法

说明书

本发明属于高分子功能材料领域，涉及一种树莓状复合颗粒制备稳定超疏水材料的方法。首先以St和KH570为单体，悬浮聚合法制备P(St‑co‑KH570)共聚微球，然后利用正硅酸乙酯合成双重尺寸的SiO₂粒子，最后将SiO₂粒子与P(St‑co‑KH570)共聚微球利用羟基的缩合作用组合在一起，形成三级树莓状颗粒。将三级树莓状颗粒沉积在玻片上制备成超疏水表面，结果显示疏水性能得到了大幅提升，静态接触角可达158°，滚动接触角为2°。相较于传统的树莓状颗粒，制备的三级树莓状复合颗粒具有更高的尺寸层次性和结构复杂性，应用后可显著提高超疏水表面的Cassie‑Baxter态稳定性，是一种理想的超疏水材料。

技术领域

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一种树莓状复合颗粒制备稳定超疏水材料的方法。

背景技术

“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”超疏水现象的研究来源于人们对自然界中荷叶排斥水滴的仿生，近年来超疏水材料的应用也大大便利了人们的日常生活和生产，例如高层建筑玻璃自清洁，石油管道运输，轮船舰艇防锈等。目前，人们制备超疏水表面的主要策略分为两类，一是对分级颗粒进行疏水改性，二是在粗糙表面上构建微纳复合结构，相较于单一的粒子，由小尺寸无机粒子包覆在聚合物上形成的杂化树莓状颗粒具有更好的疏水性能，且在酸，碱，高温等环境条件下具有良好的稳定性。现有技术中由大小两种尺寸复合形成的树莓状颗粒可以实现对基底材料的疏水化，例如CN202011415778.0一种有机无机树莓状结构微球及其制备方法和应用，CN201711436432.7一种类树莓状微球、超疏水涂层及其制备方法等中通过有机-无机复合材料的构建，由微米级的核粒子和纳米级的表层粒子组成，得到超疏水结构。但是其中均未研究疏水表面的Cassie-Baxter态的稳定性，而有些表面静态接触角很高，但其可能处于Wenzel态或亚稳定Cassie态，不足的尺寸层次和结构复杂性使其超疏水表面在压力条件下容易发生从Wenzel态到Cassie-Baxter态的转变，使水滴粘附在表面，这大大限制了超疏水表面在实际生活中的应用，因此除了疏水性外，Cassie态稳定性对其应用也起到重要作用。而Cassie态受到空气捕获，表面能，空隙大小等多因素影响。因此如何获得Cassie态稳定性好的超疏水复合颗粒是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种树莓状复合颗粒制备稳定超疏水材料的方法，通过各条件的控制，本发明制备的树莓状复合颗粒具备更高的结构层次性，在显著提高表面疏水性的同时还赋予其优异的Cassie-Baxter态稳定性，使其在较高的压力作用下依然保持对水滴的低粘附，这对于材料自清洁等性能的实现是十分有利的。

为了实现本发明目的，所采用的技术方案为：

一种树莓状复合颗粒制备稳定超疏水材料的方法，包括如下步骤：

(1)P(St-co-KH570)共聚微球的制备：以St和KH570为共聚单体，以乙醇和水为共溶剂，经悬浮共聚制备P(St-co-KH570)共聚微球。

具体地，在反应器中依次加入苯乙烯St和KH570作为共聚单体，乙醇和去离子水作为共溶剂，PVP和AIBN分别作为表面活性剂和引发剂。其中单体KH570与St的体积比为1:10，乙醇与去离子水的体积比为95:1～5，PVP在共溶剂中的加入量为1.5～2.0g/100mL，AIBN在共溶剂中的加入量为0.2～0.3g/100mL，St与共溶剂的体积比为20～25:100，之后，在室温下搅拌并用N₂鼓泡脱氧30分钟，然后将温度缓慢升高至70℃，维持反应24h。最后，反应液高速离心，并用乙醇反复洗涤三次，经冷冻干燥后得到的白色粉末状固体即为P(St-co-KH570)共聚微球。

其中，KH570的加入可显著提高Cassie态稳定性。

(2)分级树莓状颗粒的制备：以正硅酸乙酯TEOS为前体，氨水为催化剂，制得不同尺寸的SiO₂粒子，与步骤(1)中制得的P(St-co-KH570)共聚微球复合形成三级树莓状颗粒。