[发明专利]苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅及其制备方法和应用，属于纳米材料改性及应用技术领域。

背景技术

在航空航天、交通运输、电力通信等领域，基体表面结冰会带来重大危害和安全隐患，在其表面构建防结冰涂层作为最理想的防冰除冰方法，具有极大的应用价值。目前所使用的防结冰涂层存在诸多问题，不能满足社会的要求，因此研究高效可靠的防结冰涂层已成为当前国内外一个重大而紧迫的课题（李辉等，化学进展, 2012 24(11):2087-2096）。超疏水涂层在防覆冰领域的应用是当前其中研究的一个热点问题，超疏水防结冰涂层常常采用聚合物与纳米粒子等无机填料复合制备而成。聚合物赋予涂层低的表面能，而纳米粒子赋予涂层表面一定的粗糙度，二者结合从而使涂层具有超疏水特性。但存在纳米粒子在聚合物中容易团聚，分散性（相容性）不好等问题，并且所用的聚合物与纳米粒子复合仅仅是通过物理作用粘结在一起，表面容易搜到破坏导致超疏水性能下降，从而影响性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超疏水纳米材料－苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅；本发明还提供了该苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅的制备方法和应用。

技术方案

一种苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅，其结构如式I所示：

，

式I中R₁为氢、甲基、三氟甲基或异丙基。

上述苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅，与水的静态接触角为150^°-168^°、滚动角小于8^°，其粒径为10-700nm。

上述苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅，是由苯并噁嗪、二氧化硅纳米颗粒和水反应而成。

反应方程式如下所示：

。

具体的，是由苯并噁嗪及其溶剂、二氧化硅纳米颗粒和水，在微波条件下、于20-50^oC搅拌0.5-2小时而成。

上述苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅，苯并噁嗪与二氧化硅纳米颗粒的质量比优选为3:3-8。溶剂的用量以能将并噁嗪充分溶解为宜，水的用量以能将二氧化硅纳米颗粒充分分散为宜。

上述苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅：

所用二氧化硅纳米颗粒的粒径变化对疏水性、防结冰性能有影响；所以，优选的，二氧化硅纳米颗粒的粒径为8-600nm。

所用溶剂可以是苯、甲苯、三氟甲苯、氯仿中的一种或两种以上。

所述微波的功率变化对反应时间影响较大；所以，优选的，微波辐射功率为100-200W。

所用苯并噁嗪的结构式如式II所示，

式II：；

式中R₁为氢、甲基、三氟甲基或异丙基；R₂为甲基、乙基或异丙基。

所述苯并噁嗪是由酚羟基化合物、多聚甲醛、氨丙基硅氧烷，在微波辅助下，通过Mannich反应制备而成。微波辐射功率为100-400W。

所述酚羟基化合物可以是苯酚、对三氟甲基苯酚或对异丙基苯酚；

所述氨丙基硅氧烷可以是氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基二异丙基乙氧基硅烷。

本发明所述苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅作为防结冰涂层的应用。

所述应用，是指苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅与含苯并恶嗪环的聚合物复合，作为防结冰涂层。

所述含苯并恶嗪环的聚合物，其结构式如式III为：

式III

式III中，n 为8-140 的任意自然数，m 为15-500的任意自然数；

。

所述应用， 是将本发明的苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅与含苯并恶嗪环的聚合物用溶剂配成质量分数为5-30%溶液，然后将该溶液喷涂在基材上，进行高温固化；苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅与含苯并恶嗪环的聚合物的质量比为0.1-0.4 ：1。所述5-30%，是指苯并噁嗪型超疏水纳米二氧化硅与含苯并恶嗪环的聚合物的总质量相对于所配成的溶液的质量百分数。

上述应用所制备的涂层的水接触角大于150°，滚动角小于10°。

有益效果