[发明专利]一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法及一种超疏水材料

说明书

技术领域

本发明涉及超疏水材料领域，更具体地说，涉及一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法及一种超疏水材料。

背景技术

材料表面的浸润性是材料的一项重要性能，很多物理化学过程，例如：摩擦、分散、粘合、吸附等，都与材料表面浸润性密切相关。通常，与水的接触角大于150°，同时滞后角小于10°的固体表面被认为是超疏水表面，所述超疏水表面为具有一定的粗糙度的表面，并且在该具有一定粗糙度的表面修饰低表面能修饰剂。近年来，与水的接触角大于150°的超疏水表面引起了极大的关注，因为超疏水表面能够在自清洁、防冰、防雾、防水、防雪、抗腐蚀等领域广泛的应用，并且在自清洁材料、微流体装置以及生物材料等许多领域中有着极其重要的应用前景。

目前，基于聚合物、玻璃、金属、无机氧化物、碳纳米管等不同材料的超疏水材料都已被制备出来。所采用的方法包括：微机械加工法、激光或等离子体刻蚀法、物理或化学气相沉积法、阳极氧化法、电化学沉积法、静电纺纱法、聚电解质交替沉积法等。然而，现有的这些方法大多需要特殊的加工设备和复杂的工艺过程。

研究表明，二氧化硅具有良好的生物相容性、紫外光稳定性和热稳定性，适合制成超疏水薄膜，现有技术中通过电泳、粘结法等制作方法制备二氧化硅超疏水薄膜，但存在一些不足。具体来说，一种方法是将SiO₂颗粒与醇溶液混合搅拌，超声分散，调节酸碱度，获得胶体电泳液，再将电泳液沉积到玻璃衬底上，获得SiO₂薄膜，然后将带有SiO₂薄膜的玻璃放入低表能修饰剂中修饰，获得超疏水SiO₂薄膜。这种技术虽然能够在玻璃的表面形成二氧化硅超疏水薄膜，但是不足之处在于先要制备SiO₂固体颗粒，再将固体颗粒溶入溶剂中制备SiO₂胶体电泳液，最后电泳沉积SiO₂薄膜，再进行疏水化处理，这种方法没有形成超疏水结构必备的性能优良的微纳米结构，并且工艺比较烦琐，制备周期较长。另一种方法是采用粘结法将超疏水层的微米级粉粒和纳米级粉粒的混合粉粒嵌入基体表面的粘结层内，使超疏水层由相间排列并嵌入粘结层形成微米级凸起和纳米级凸起的的微米级和纳米级颗粒组成，制备微纳米超疏水结构，得到超疏水薄膜；这种方法虽然得到了理想的微纳米结构，但不足之处是要得到经低表能物质修饰的微米级粉粒和纳米级粉粒混合粉粒，首先要配制含有低表面能修饰剂的SiO₂胶体，再经研磨、过筛得到，工艺复杂，成本较高。

 CN101429290公开了一种六甲基二硅氮烷接枝改性硅溶胶及其制备方法，它是由六甲基二硅氮烷在恒温条件加入到酸性硅溶胶中，将反应产物干燥制备而成，本发明利用分子间脱水反应将六甲基二硅氮烷中的-Si(CH₃)₃基团接枝到硅溶胶分子中，使得硅溶胶的胶粒表面布满- Si(CH₃)₃基团，有效提高了硅溶胶的疏水性能，从而提高了硅溶胶与有机聚合物之间的亲和性。然而，这种制备方法的主要目的是在酸性条件下得到纳米级链状的六甲基二硅氮烷接枝改性硅溶胶，然后在一定的温度下烘干，得到固体粉末，改性后的纳米级链状SiO₂溶胶无超疏水效果，只有将固体粉末与有机聚合物混合后，才能制得具有疏水性能的产品，在应用方面具有局限性，并且将六甲基二硅氮烷接枝改性硅溶胶制备成固体粉末需要一定的处理温度，工艺较为复杂。

发明内容

本发明为了解决现有的溶胶凝胶法制备二氧化硅超疏水薄膜，难以得到理想的微纳米结构，或者工艺复杂，应用存在局限性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法，包括下述步骤：

步骤1、制备碱性溶胶：将正硅酸酯、碱性催化剂、溶剂、水混合，配制成SiO₂碱性溶胶；

步骤2、在上述SiO₂碱性溶胶中加入六甲基二硅胺烷进行反应，得到改性SiO₂溶胶；

步骤3、将上述改性SiO₂溶胶涂覆在基体的表面，干燥后得到二氧化硅超疏水薄膜。

在所述的制备方法中，优选地，所述正硅酸酯、水、碱性催化剂、溶剂的摩尔比为0.8~1.4：2~4：0.6~1.0：30~50。

在所述的制备方法中，优选地，所述正硅酸酯与六甲基二硅胺烷的摩尔比为0.8~1.4：1.2~2.0。