[发明专利]一种制备超疏水材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备超疏水材料的方法，该制备方法包括以下步骤：1）利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，构造微米‑纳米复合粗糙结构；2）用低表面能物质对已获得微米‑纳米复合粗糙结构的基底材料进行表面修饰。通过本发明制备的超疏水材料，其疏水性能优良，且制备工艺简单，反应条件温和，不需要特殊的加工设备。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种制备超疏水材料的方法。

背景技术

超疏水材料因其优异的拒水性能，在自清洁、防水防污、减阻降噪音、水处理等领域表现出了广阔的应用前景。目前，该类新型功能材料在国防、建筑、涂料等多个领域均具有巨大的市场需求。超疏水材料要求水滴在其表面的静态接触角大于150度。然而，采用传统的氟和硅材料对固体材料表面进行简单的涂覆，难以实现材料的超疏水性能，其静态接触角小于150度。近年来，超疏水材料的研究有了重大性进展，各种无机或有机的超疏水材料被相继报道。这些已有的基础研究表明，获得超疏水材料需要满足以下两个条件：一是在材料表面构造粗糙形貌；另一个是用低表面能物质对该粗糙表面进行修饰。即利用粗糙形貌作为“放大镜”来放大低表面能物质的疏水性能，使材料获得超疏水性能。

随着20世纪90年代纳米技术的出现和快速发展，在固体材料表面构造微米-纳米结构已成为获得粗糙表面形貌的最有效手段。利用激光刻蚀、静电纺丝、电腐蚀、模板法等技术可实现一系列形貌可控的具有微米-纳米结构粗糙表面的制备，在此基础上再用低表面能物质（硅或氟）进行表面修饰，即可获得形貌各异且疏水性能不同超疏水材料。然而，上述超疏水材料的制备工艺较复杂，制备材料需要特殊的加工设备，且加工设备昂贵、加工成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备超疏水材料的方法，本发明利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，从而提高基底材料整体三维结构的粗糙度，并通过表面修饰技术利用低表面能物质对粗糙结构进行包裹、修饰。

本发明解决技术问题的方案是：一种制备超疏水材料的方法，该制备方法包括以下步骤：

1）利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，构造微米-纳米复合粗糙结构；

2）用低表面能物质对已获得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料进行表面修饰。

所述纳米材料为粒径范围为15～150nm的TiO2纳米粒子、SiO2纳米粒子或CeO2纳米粒子。

所述基底材料包括：皮革、布料和三聚氰胺泡沫。

所述步骤1）具体为：将基底材料浸泡在TiO2纳米粒子的前驱体溶液、含纳米粒子的溶液或含纳米粒子的液溶胶中处理，然后干燥，得微米-纳米复合粗糙结构的基底材料。

所述TiO2纳米粒子的前驱体溶液为浓度为5mmol/L～1mol/L的钛酸丁酯的无水乙醇溶液；所述含纳米粒子的溶液为含纳米TiO2粒子的PU和/或PMMA溶液、或含纳米SiO2粒子的PU和/或PMMA溶液；所述含纳米粒子的液溶胶为含纳米SiO2粒子的液溶胶、或含纳米CeO2粒子的液溶胶。

所述含纳米粒子的溶液中，其纳米粒子的浓度为0.02～3g/L。

所述含纳米TiO2粒子的PU溶液由以下方法制得：将1g直径为15～150nm的TiO2粒子分散在1LPU溶液中，得到含纳米TiO2粒子的PU溶液；所述含纳米SiO2粒子的液溶胶是由以下方法制得：按体积份配比计，将3份等体积的正硅酸乙酯和氨水加入到50份无水乙醇中，常温下磁力搅拌制即得含纳米SiO2粒子的液溶胶；所述氨水质量浓度为28～33%；所述含纳米SiO2粒子的PMMA溶液是由以下方法制得：将1g直径为15～150nm的SiO2粒子分散在1LPMMA溶液中，得到含纳米SiO2粒子的PMMA溶液；所述含纳米CeO2粒子的液溶胶是由以下方法制得：配制25份0.06mol/L硝酸铈的无水乙醇溶液，加入4份0.1mol/L氢氧化钠溶液，磁力搅拌下制得纳米CeO2粒子的液溶胶。