[发明专利]一种超疏水弹性体的制备方法

说明书

本发明涉及一种超疏水橡胶的制备方法，属于高分子材料领域。本发明通过对SiO₂表面接枝疏水的乙烯基POSS，改善SiO₂的疏水性，并用改性后的SiO₂在弹性体表面构建表面微纳米结构，得到超疏水弹性体。其静态接触角可达155.6°，且疏水涂层与弹性体之间，形成了良好的键合，即粘结性非常好，打磨并不会显著降低超疏水弹性体的疏水性，且与现有技术相比，本发明不必添加含氟材料，对人体及环境危害小。

技术领域：

本发明涉及一种超疏水弹性体的制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术：

弹性体是指弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。由于其特殊的力学性能，在生活用品、医学、挖掘、建筑等领域有着极其重要的作用。

然而对于多数弹性体而言，其静态接触角小于110°，甚至小于90°。对于这样的表面，空气中的水蒸气会在表面凝结，在冬天等寒冷的环境下更是会结冰，严重影响材料的使用。这样的材料不适合在空气湿度高，气温低的环境使用。

类荷叶表面的超疏水材料是指表面静态接触角大于150°，滚动角小于10°的一类新型材料。在自然界中，荷叶表面的自洁性是众所周知的。如果能将这一特征应用于弹性体中，水滴将无法存在于材料表面进而表面也不会结冰。这将拓宽材料的应用领域，使得材料在低温高湿度的环境下使用。例如：某些地区运送煤炭的传送带，冬季易结冰，影响使用，应用超疏水技术则可以克服这个问题。

目前对材料表面超疏水改性应用涂层法和刻蚀法的方法较多，例如：CN101903174 A，在硅橡胶表面掺入末端含有α-卤酯基的线性烷基(C₆-C₁₂)的第一连接层，之后涂覆含有聚乙二醇和聚醚的第一聚合物涂层，然后在聚合物涂层表面掺入含有羰基化合物的第二连接层，最后在最上层涂覆含有氟的聚合物。涂层与涂层之间，涂层与连接层之间以共价键连接。最终得到了超疏水材料，表面与水的静态接触角最高达到了155°；CN102950099 A，在玻璃表面涂覆石蜡保护层，用激光对保护层表面进行雕刻，形成间隔均匀分布的凹槽，之后用氢氟酸对表面进行刻蚀。以纳米二氧化硅进行涂覆，形成涂层。之后用溅射法将含氟材料溅射至涂层表面。制备得到了超疏水玻璃，疏水角达到164°。

虽然这些方法均可以制备超疏水材料，但制备方法较为繁琐，实际应用有一定困难；且多数方法涂层与基体连接不好，造成涂层易脱落，严重影响材料的使用性能；此外现有的对于超疏水材料的研究，多数需要用到含氟材料，众所周知，含氟材料对于人的骨骼危害较大，材料应用时对人体健康存在潜在威胁，不通过填充含氟材料制备超疏水材料将成为将来超疏水材料的发展方向。

发明内容：

本发明的目的是提供一种超疏水弹性体材料的制备方法，通过对SiO₂表面接枝疏水的乙烯基POSS，改善SiO₂的疏水性。并用改性后的SiO₂在弹性体表面构建表面微纳米结构，得到超疏水弹性体。

本发明所述的一种超疏水弹性体的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)SiO₂采用γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH580)的改性：

将SiO₂、KH580、水、溶剂(无水乙醇或甲苯)混合，KH580与SiO₂的质量比为0.05-0.2:1，用乙酸调节pH至3-5，在60-85℃条件下反应4-10小时，得到KH580改性的SiO₂；

(2)SiO₂八乙烯基八硅倍半氧烷(乙烯基POSS)的表面接枝：