[发明专利]一种多功能超疏水杂化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种杂化材料的制备方法，更具体地说涉及一种多功能超疏水杂化材料的制备方法。

背景技术

超疏水(表面静态接触角大于150°)表面广泛存在于自然界中。物竞天择，适者生存，自然界中的生物体通过进化所得的诸多特性已经近乎完美，许多植物根叶、昆虫的翅膀、水黾的腿及鸟类的羽毛等均为天然的超疏水材料。研究表明，通过构建具有低表能及微纳尺度的粗糙表面可以获得超疏水表面，水滴在此表面上可以来回自由滚动，并将附着于表面的灰尘等污染物除去，从而有效的遏制了材料表面的污染、氧化、积雪以及流体的粘滞等，给人们的日常生活和工业生产都带来了极大的便利，且在科学研究、工农业生产等诸多领域有广泛的应用前景，因而备受人们关注。

现有技术中，人工构筑超疏水表面技术主要可分为以下几类：层层自组装法，静电纺丝法，等离子体刻蚀法，化学气相沉积法，模板法，电化学沉积法等。这些方法的共同点是创造粗糙表面及低表面能表面，从而获得超疏水表面。但是，上述的这些技术也存在着实验条件苛刻、设备复杂、成本昂贵等问题。此外，稳定性是超疏水表面的最大缺陷之一，轻微的刮伤，摩擦即会破坏其表面的超疏水性能甚至丧失。世界专利WO2004113456中，利用气相沉积法，使氯硅烷小分子生成有机硅烷聚合物纳米纤维，从而得到超疏水表面。但轻微的接触、指压便会导致其超疏水性能丧失，突出了其稳定性较差的特点。

近年来，由于超疏水纺织品具有透气、自清洁、抗污染等特性，可广泛应用于雨衣、帐篷、军用服装、医护专用服装等方面，日益受到人们的青睐，具有潜在的市场价值。然而超疏水纺织品的稳定性，尤其是耐洗刷性、耐酸耐碱性，越来越多的限制了其大规模应用，这也成为了超疏水材料的瓶颈问题。专利CN102174737A通过辐射接枝的方法，在织物表面共价结合长链烷烃，且具有一定的耐洗涤性能。这些方法虽然简化了超疏水表面的构筑，但是所需条件苛刻，成本较高。此外，现有的超疏水材料制备中多在其表面接枝含氟单体，由于含氟单体对人体健康有潜在危害，对生态环保不利，加上其昂贵的价格大大限制了它的应用范围。因此，寻找含氟整理剂的替代物以及简单有效的技术成为了疏水整理的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能超疏水杂化材料的制备方法，该杂化材料（涂层）既有光催化性能又有超疏水性能；此外，制备的超疏水织物接触角大于155°,滚动角小于10°,且该织物经，长时间摩擦洗涤，以及长时间强酸、强碱溶液浸泡后，仍然具有优异的疏水性能。并且使用的单体为非氟类单体，具有成本较低，毒性较低等优点；制备工艺条件简单易行，有利于大规模的工业化生产。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

本发明的多功能超疏水杂化材料的制备方法，其包括以下步骤：

稳定的二氧化硅凝胶制备:将硅酸酯-醇-酸-去离子水体系室温下搅拌1-2天，得到透明硅溶胶，溶胶中二氧化硅的含量控制在50-65g/L，用碱液调节硅溶胶溶液pH值为8.0-10.0，即得到二氧化硅凝胶；

稳定的二氧化钛凝胶制备：将钛酸盐-醇-酸体系室温下搅拌1-3h，得到半透明二氧化钛溶胶，溶胶中二氧化钛的含量控制在5-20g/L，用碱液调节硅溶胶溶液pH值为8.0-10.0，即得到二氧化钛凝胶；

疏水TiO₂-SiO₂混合凝胶粉末的制备：将二氧化硅凝胶与二氧化钛凝胶按质量比为1.0-4.0加入到有机硅烷醇溶液中，密封静置于60-75℃温度下，16-24小时后，用醇溶液洗涤3-5次，经离心、干燥、粉碎，即得疏水TiO₂-SiO₂混合凝胶粉末；

混合杂化乳液的制备：将疏水TiO₂-SiO₂混合凝胶粉末加入到聚合物有机溶剂中，超声处理30-60min后，室温下快速搅拌10-30min，得到混合杂化乳液。

本发明的多功能超疏水杂化材料的制备方法，其进一步的技术方案是制备方法还包括以下步骤：

超疏水杂化材料及织物的制备：将织物浸入到混合杂化乳液物中，浸渍30-60min后，取出室温晾干，然后在80-150℃温度下烘干1-2h，织物表面形成超疏水层，制得超疏水杂化材料及织物。