[发明专利]一种以复合硅源制备超疏水二氧化硅粉体及超疏水涂层的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于超疏水材料制备技术领域，涉及一种以复合硅源制备超疏水二氧化硅粉体及超疏水涂层的方法。

【背景技术】

超疏水材料是指表面的水接触角大于150°并且水接触滞后角小于5°的材料。研究结果表明超疏水性表面可以通过两种途径制备一种是在疏水材料表面改变材料表面的粗糙度和表面形态；另一种是在具有一定粗糙度的表面上进行低表面能物质的修饰。由于超疏水材料具有非常广泛的应用，防水、防雾、防雪、防污染和自清洁等重要特性，在科学研究和生产、生活等多领域中有极为广泛的应用前景。

目前，采用化学气相沉淀法，可升华物质微粒成孔法，等离子体处理法，相分离技术，自组装梯度功能等技术可以制备出不同材料的超疏水表面。江雷研究小组利用化学气相沉淀法制备了表面具有纳米-微米结构的超疏水氧化锌薄膜，其水接触角可达164.3°，并进一步证实了表面微观结构是制备超疏水涂膜的重要条件([1]jiangL,LI H J,Feng L,et.al.Langmuir,2004,20:5659～5661)。曲爱兰等采用正硅酸乙酯为前驱体，通过调节水解温度可得到100nm，170nm，500nm粒径的醇溶胶，然后将不同粒径的纳米二氧化硅粒子进行复合，并用硅烷偶联剂进行表面改性后可得到超疏水薄膜([2]曲爱兰，文秀芳等.复合SiO₂粒子涂膜表面的超疏水性研究[J].无机材料学报,2008，23(2)：374～375)；王建涛、张晓宏等以液态金属锡作为生长衬底，通过化学气相沉淀法制备了一种具有超疏水性能的硅基薄膜，薄膜表面由竖直生长的硅/二氧化硅核壳层次结构组成([3]具有超疏水表面的硅、二氧化硅层次结构薄膜[J].物理化学学报，2011，27(9):2233～2238)。但这些报道的方法工艺过程复杂，需要使用复杂而昂贵的设备和条件，许多方法并不适用于大面积疏水表面及涂层的制备，从而制约了超疏水技术在日常生活和工业生产中的应用。

溶胶-凝胶法是目前制备多孔材料和有机-无机杂化材料常用的方法。叶文波以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为单一的前驱体，通过酸碱二步催化水解-缩合得到有机改性二氧化硅溶胶，经浸渍提拉成膜技术，在玻璃表面制备了超疏水涂层([4]叶文波.基于二氧化硅的超疏水杂化涂层的制备与性能[D].福建师范大学.2012,6)；李伟等采用喷枪在含有聚乙烯膜的纸张表面制备了含疏水纳米颗粒和聚苯乙烯的超疏水复合涂层([5]疏水二氧化硅、聚苯乙烯超疏水复合涂层的简易制备及其防玷污性研究[J].材料导报，2011，25(8)：100～104)。目前采用溶胶凝胶法制备超疏水材料的专利也有很多，专利申请号201110110105.9中采用溶胶凝胶法制备疏水性二氧化硅薄膜，将干燥所得薄膜在程序控温的管式炉(N₂气氛)中，在400～700℃下煅烧2～5h，使薄膜与水的接触角达到了110°；申请专利号CN201120523585.7公开了一种复合材料超疏水膜，包括树脂层、疏水性二氧化硅纳米粒子中间层和低表面能物质表层。申请专利号CN201410355116.7采用优异的低表面能及耐侯性能的氟改性丙烯酸树脂为基料，以纳米级二氧化硅为填料，利用聚丙烯酸腈纳米纤维的末端针状结构，赋予涂层一定的强度和一定的粗糙度的微观表面，在涂层表面形成荷叶效应。专利申请号201410235572.8中将正硅酸乙酯添加到水凝胶单体溶液中，水凝胶单体凝胶化和硅酸酯水解后形成二氧化硅微结构薄膜，将具有疏水性质的自组装单分子膜修饰在二氧化硅微结构薄膜后形成超疏水涂层。

然而，现有的这些方案工艺复杂，成本高，制备的二氧化硅不能很好的控制粒径大小，表面粗糙度低，不能扩大实际生活中的应用范围。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单、污染少、低成本的超疏水二氧化硅粉体及以玻璃为基底制备超疏水材料的方法，得到超疏水性能稳定的二氧化硅粉体，并在玻璃基底表面制备了二氧化硅涂层，涂层表现出了较强的疏水性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种以复合硅源制备超疏水二氧化硅粉体及超疏水涂层的方法，包含如下步骤：

1)将硅酸钠溶于水中，配置浓度为0.1～0.5mol/L的硅酸钠水溶液，记为A溶液；将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中，配成浓度为2～4mol/L的正硅酸乙酯醇溶液，记为B溶液；

2)在磁力搅拌的作用下，将B溶液缓慢加入到A溶液中，B溶液与A溶液体积比为1：2，室温下搅拌反应直到出现白色混悬液，得到体系C；