[发明专利]用于化学附着和变色的多官能超疏水性硅藻土

说明书

背景技术

硅藻土纳米颗粒(DE)可以由氟碳化合物或饱和烃功能化以成为超疏水性的，但由于氟碳化合物或饱和烃的高度不起反应的自组装单层(SAM)而不能够化学结合至任何物质。目前的涂覆技术通常将氟化的硅藻土(FDE)合并在聚合物溶液中。颗粒通过机械力被保持在表面中并且可以容易地从表面擦掉。聚合物表面通常是高度多孔的并且非常粗糙。

发明内容

在一个实施方式中，提供了多官能颗粒(多功能颗粒，multifunctional particle)。多官能颗粒包括：二氧化硅(silica particle)颗粒；疏水性硅烷；以及硅烷偶联剂；其中，每个疏水性硅烷和硅烷偶联剂化学结合(键合，bond)至二氧化硅颗粒表面；其中，多官能颗粒是超疏水性的并且是化学反应性的。

在第一个实施方式的第一方面，二氧化硅颗粒包括硅藻土颗粒、熔融二氧化硅颗粒(fused silica particle)、或稻壳灰(rice husk ash)颗粒。

在第二方面，单独或与第一个实施方式的第一方面组合，疏水性硅烷和硅烷偶联剂同时结合至二氧化硅颗粒表面。

在第四方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，疏水性硅烷在硅烷偶联剂结合至二氧化硅颗粒表面之前结合至二氧化硅颗粒表面。

在第五方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，硅烷偶联剂在疏水性硅烷结合至二氧化硅颗粒表面之前结合至二氧化硅颗粒表面。

在第六方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，硅烷偶联剂选自由以下组成的组：氨基官能化的烃硅烷、N-(6-氨基己基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基己基氨基乙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、以及它们的组合。

在第七方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，硅烷偶联剂包括胺硅烷、烯烃硅烷、酸酐硅烷、环氧硅烷、卤素硅烷、羟基硅烷、双臂硅烷(dipodal silane)、丙烯酸酯硅烷(丙烯酸硅烷，acrylate silane)、含硫硅烷、水基硅烷(水性硅烷、基于水的硅烷，water based silane)、异氰酸酯硅烷(isocyanate silane)、或叠氮硅烷(叠氮化物硅烷，azide silane)。

在第八方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，疏水性硅烷包括以下结构的分子：

Xy(CH3)(3-y)SiLR

其中，y是1至3；

X是Cl、Br、I、H、HO、R′HN、R′2N、咪唑基(imidizolo)、R′C(O)N(H)、R′C(O)N(R″)、R′O、F3CC(O)N(H)、F3CC(O)N(CH3)、或F3S(O)2O，其中，R′是1至4个碳原子的直链或支链烃并且R″是甲基或乙基；

L，一种连接基团，是CH2CH2、CH2CH2CH2、CH2CH2O、CH2CH2CH2O、CH2CH2C(O)、CH2CH2CH2C(O)、CH2CH2OCH2、CH2CH2CH2OCH2；并且R是(CF2)nCF3或(CF(CF3)OCF2)nCF2CF3，其中，n是0至24。

在第九方面，单独或与第一个实施方式的任何前述方面组合，疏水性硅烷包括1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷。

在另一个实施方式中，提供了用于生产多官能颗粒的方法。所述方法包括：提供二氧化硅颗粒；使疏水性硅烷接触二氧化硅颗粒表面以将疏水性硅烷化学结合至二氧化硅颗粒表面；使硅烷偶联剂接触二氧化硅颗粒表面以将硅烷偶联剂化学结合至二氧化硅颗粒表面；其中，多官能颗粒是超疏水性的并且是化学反应性的。

在第二个实施方式的第一方面，二氧化硅颗粒包括硅藻土颗粒、熔融二氧化硅颗粒、或稻壳灰颗粒。

在第二方面，单独或与第二个实施方式的第一方面组合，疏水性硅烷和硅烷偶联剂同时结合至二氧化硅颗粒表面。

在第三方面，单独或与第二个实施方式的任何前述方面组合，疏水性硅烷在硅烷偶联剂结合至二氧化硅颗粒表面之前结合至二氧化硅颗粒表面。

在第四方面，单独或与第二个实施方式的任何前述方面组合，硅烷偶联剂在疏水性硅烷结合至二氧化硅颗粒表面之前结合至二氧化硅颗粒表面。