[发明专利]一种用于超疏水涂层的氟硅材料及其制备方法、应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，主要涉及超疏水涂层技术领域，具体涉及一种用于超疏水涂层的氟硅材料及其制备方法、应用方法。

背景技术

表面的浸润性与许多物理化学过程，如粘合、吸附、润滑、分散和摩擦等密切相关。在涂饰、催化、采油、选矿、润滑、防水和生物医用材料等众多领域中，表面浸润性都有着重要的应用。因此，研究和开发具有特殊表面浸润性的材料对加深表面现象认识、扩展材料应用范围及提高材料应用性能有着重要的意义。氟硅材料由于具有较低的表面能，能大大降低基材的表面能，使材料表面具有良好的疏水疏油性、耐候性、耐高温、耐腐蚀、耐化学及表面自清洁性能，因而氟硅材料在超疏水涂层方面的研究受到人们广泛的关注。

一般来说超疏水的涂层与水的接触角大于150°、滚动角小于10°，因而超疏水涂层具有自洁性、防污防油性、低摩擦性（耐磨性能）、防腐性、抗菌等优异的表面性能，在实际的生产及生活中有着广阔的应用前景。超疏水涂层可用于汽车、飞机、轮船等的外墙玻璃及其外壳的涂层，可有效到达防水防雾、减小摩擦系数、增加防腐防污性能等；在石油管道及一些用于运输容器的内壁中应用，可起到降低摩擦、防粘、防堵塞、防渗透等；在纺织及皮革行业中应用时，能起到防水防油且耐候性能等。利用表面能极低的含氟材料，采用刻蚀技术、溶胶凝胶、化学气相沉积、聚合物溶液成膜、模板技术、电纺技术、电化学方法等简单有效的方法构造和调控涂膜的双微观结构，从而获得适宜的表面粗糙度和微观构造，是实现超疏水涂膜工业化生产的可行途径。

通常超疏水表面由于表面的粗糙结构且不透明，从而限制了其应用范围，既有超疏水性又在可见光范围内透明性好的表面在镜片、挡风玻璃等应用领域很有吸引力。Nakajima 等[Langmuir , 2000 ,16 : 7044-047] 首次制成同时具有超疏水性、光学透明性和使用耐久性的水软铝石薄膜和二氧化硅薄膜。利用高温煅烧过程中致孔剂乙酰丙酮铝的升华，得到的薄膜表面具有尺度在30-100 nm 范围内的微结构，微结构的尺寸远小于可见光的波长，所以透明性很好。表面经氟硅烷处理后，CA 可达150°。专利200810020463.9介绍了一种一步法制备超疏水二氧化硅的方法，在制备过程中通过加入处理剂，制备得到的二氧化硅其水接触角可达155.1°，能有效阻止二氧化硅表面的二次团聚现象，改善无机相与有机相的界面相容性,增强其与聚合物结合力。专利200810087988.4介绍了一种超疏水性透明涂层及其制备方法 ，这种超疏水性涂层具有分布于其上的平均尺寸为约100- 500nm的许多孔，大多数孔是彼此隔开的，并且这些孔的壁表面和涂层的连续部分由二氧化硅纳米颗粒构成，该涂层是被全氟烷基硅烷的单分子层所改性的表面，因而该涂层显示出超疏水性，其接触角为160°和滑动角接近于零。这种涂层还在大多数UV-VIS波长范围内显示出高透明性，但这些涂层制备成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于超疏水涂层的氟硅材料及其制备方法，所述超疏水涂层疏水性好、透光率高。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种用于超疏水涂层的氟硅材料，它是由两者大小不同粒径的氟化的纳米二氧化硅和或纳米二氧化钛溶胶制备而成，所述小粒径的氟化的纳米二氧化硅或氟化的纳米二氧化钛的粒径为10-150nm，所述大粒径的氟化的纳米二氧化硅或氟化的纳米二氧化钛的粒径为200-500nm。

上述用于超疏水涂层的氟硅材料的制备方法，它包括如下步骤：

（1）多次制备不同粒径的氟化的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛溶胶：按照体积份数计，称取正硅酸乙酯或钛酸正丁酯1~10份，溶剂 50~125份，H₂O 0.1~10份，氟硅烷0.1~5份，二烃基二氯硅烷0.1-5份，用pH调节剂调节pH为3-10，在反应温度25~80℃下搅拌10min-24h，制得多种粒径的氟化的纳米二氧化硅或纳米二氧化钛溶胶；

（2）分别选取平均粒径为10-150nm和200-500nm的大小粒径的两种氟化的纳米二氧化硅溶胶和或氟化的纳米二氧化钛溶胶，按体积比为1：1混合后，在室温下磁力搅拌30min后静置，即可得到用于超疏水涂层的氟硅材料。

按上述方案，所述氟硅烷为1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷中的任意一种，但不限于这两种。