[发明专利]一种类树莓状微球、超疏水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种类树莓状微球、超疏水涂层及其制备方法，包括如下步骤：(1)用分散聚合法合成聚甲基丙烯酸甲酯微球；(2)取上述聚甲基丙烯酸甲酯微球，加入正硅酸四乙酯的乙醇溶液为二氧化硅前驱体，采用溶胶凝胶法进行反应，合成以聚甲基丙烯酸甲酯为核，二氧化硅为壳的类树莓状微球。本发明制备方法简单，制备的类树莓状微球尺寸可控，超疏水涂层具有良好的化学稳定性、耐酸碱性和疏水性，其表面接触角为151°，可用于玻璃、建筑物外墙、织物表面、金属表面等。

技术领域

本发明涉及有机/无机复合超疏水材料技术领域，特别涉及一种类树莓状聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅复合材料的合成方法以及在超疏水涂层的应用。

背景技术

固体表面的润湿性是材料的重要性能，具有超疏水性能的材料可以应用到防污、光学透镜防雾、建筑物自清洁、油水分离等方面。表面接触角大于150°的表面即超疏水表面。一般来说制备超疏水表面需要满足两个条件：一是材料表面有低表面能物质修饰；二是材料表面具有微-纳米分级结构。

目前，制备出有机/无机复合材料，在超疏水材料领域具有广泛的应用。中国专利CN106749790A公开了一种二氧化钛/聚苯乙烯核/壳微粒的复合材料的制备方法，具有很好的疏水性能。中国专利CN106366907A公开了一种将疏水纳米颗粒与疏水有机硅树脂共混的超疏水涂料。华军利等采用溶胶–凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体、硅丙树脂为成膜物质，制备了有机–无机杂化超疏水材料。

由于现在的有机-无机复合材料只是简单的有机-无机共混，制备的核/壳结构复合材料主要集中在以无机材料为核、有机材料为壳的技术领域，并且制备的超疏水复合微粒存在尺寸难以控制，较难应用到玻璃、纺织物、金属等表面，限制了有机-无机复合材料在超疏水涂层方面的应用。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种高分子材料从亚微观范围共混的有机-无机复合材料，包括分散聚合法合成单分散、窄分布的聚甲基丙烯酸甲酯，再以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板合成具有微-纳米粗糙结构聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅复合材料，该复合材料具有尺寸可控、很好的化学稳定性、耐酸碱性和疏水性。其技术方案如下：

一种类树莓状微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)用分散聚合法合成聚甲基丙烯酸甲酯微球；

(2)取上述聚甲基丙烯酸甲酯微球，加入正硅酸四乙酯的乙醇溶液为二氧化硅前驱体，采用溶胶凝胶法进行反应，合成以聚甲基丙烯酸甲酯为核，二氧化硅为壳的类树莓状微球。

所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的合成：将聚乙烯吡咯烷酮分散在混合溶剂中通氮气除氧，40-60℃搅拌3h；然后将超声分散处理过的甲基丙烯酸甲酯和偶氮二异丁腈混合物滴加到聚乙烯吡咯烷酮分散液中，缓慢升高温度到70℃，机械搅拌，分散聚合得到聚甲基丙烯酸甲酯乳液，离心、洗涤、干燥，得到聚甲基丙烯酸甲酯微球。

步骤(1)所述聚甲基丙烯酸甲酯微球，按重量份计，聚合原料包括甲基丙烯酸甲酯9～12.5份、偶氮二异丁腈0.09～0.48份、聚乙烯吡咯烷酮3.18～4.38份、混合溶剂91-125份，混合溶剂中甲醇64～87份、去离子水27～38份。

步骤(2)按重量份计，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球5.0～20.0份、正硅酸四乙酯为0.001～0.6份、乙醇40～95份。

步骤(2)合成类树莓状微球采用的溶剂为乙醇，采用氨水调节溶液pH值至9～12；正硅酸四乙酯快速加入到乙醇中，反应时间为12h。

利用上述类树莓状微球制备的超疏水涂层，其制备方法包括如下步骤：

(1)将类树莓状微球用全氟硅烷的乙醇溶液改性，制得疏水化的聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅的悬浮液；