[发明专利]一种超疏水硅溶胶及超疏水涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水硅溶胶及超疏水涂层的制备方法，首先，将硅酸酯、溶剂和水混合，然后将碱性催化剂滴加到上述混合溶液中，调节pH值在8～10，制备纯的二氧化硅溶胶；然后将改性剂R₁Si(OR₂)₃加入到上述纯二氧化硅溶胶中，经过共缩合，得到超疏水硅溶胶。将超疏水硅溶胶通过喷涂、浸涂、淋涂、浸渍等方法涂布在常见的基材上，烘干后即得到超疏水涂层。通过本发明方法制备的超疏水硅溶胶中的改性纳米二氧化硅的尺寸为100～150nm，呈球形。本发明方法所使用的原料绿色环保，成本低，生产工艺简单，不需要复杂的生产设备，容易实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及超疏水材料领域，特别是涉及一种超疏水硅溶胶及超疏水涂层的制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的一个重要特性。浸润性在我们的日常生活以及工业生产中扮演着重要的角色如：分散、吸附等，固体表面的润湿程度可以通过接触角来评判，根据接触角的值，可以将固体表面分成亲水性和疏水性。其中当固体表面接触角的值大于150°时，就可以称该表面具有超疏水性。自然界中存在着许多的超疏水表面，如：荷叶、稻叶等，这些超疏水表面一般都满足两个方面的要求：表面有高的粗超度；表面能较低。超疏水表面在防水、自清洁、防结冰、金属防腐、油水分离以及抗菌方面有着广阔的应用前景。

越来越多的科研工作者将目光集中在如何构筑超疏水表面。近年来，出现了很多方法来制备超疏水表面，包括：电化学沉积法、化学气相沉积法、相分离法、层层自组装法、模板法、化学刻蚀法以及溶胶-凝胶法。

已有文献报道的电化学沉积法、化学气相沉积法以及化学刻蚀法在实际生产中存在着很多问题，如：制造工艺复杂、生产流程复杂、需要特殊的生产设备、对环境的污染比较严重；通过模板法制备超疏水表面也存在一些问题，如：所需要的模板价格昂贵、生产工艺比较复杂。因此，上述方法难以实现大规模生产，从而限制了超疏水涂层在实际生活的应用。

溶胶-凝胶法是一种常见的用来制备超疏水涂层的一种方法，由于溶胶-凝胶法使用的原料价格比较便宜，而且生产条件也很简单，不需要昂贵的生产设备以及特殊的模板，所以目前越来越多的研究者把目光聚集在了溶胶-凝胶法制备超疏水涂层。已有的文献都是用低表面能的氟硅烷作为纳米二氧化硅的改性剂，但是氟硅烷不仅价格昂贵，而且对人的身体健康存在着危害，还污染环境。

使用不含氟的硅烷偶联剂制备超疏水硅溶胶的文献也有报道，大部分都是使用带有长链烷基的硅烷偶联剂R₁’Si(OR₂)₃(R₁’为主链碳原子数大于等于12的烷基)制备超疏水硅溶胶，而这种方法制备需要大量的非极性溶剂，这些溶剂对环境有很大的污染；而且通过长链脂肪基硅烷偶联剂制备的超疏水硅溶胶，由于长链烷基的玻璃化转变温度较低，在常温下为液体，使得这种硅溶胶的粘性较强，反而容易被粉尘粘污，影响其在自清洁涂料中的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备工艺简单、绿色环保、成本低、容易实现工业化的一种超疏水硅溶胶及超疏水涂层的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超疏水硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1)将硅酸酯Si(OR)₄分散于溶剂中，将其放置在搅拌器上搅拌均匀，得到混合溶液；

2)在搅拌条件下，在上述混合溶液中加入水和碱性催化剂，然后于30℃～80℃下反应0.5～12h，生成纯二氧化硅溶胶；

3)在上述纯二氧化硅溶胶溶胶中加入改性剂R₁Si(OR₂)₃，对纯二氧化硅溶胶进行表面修饰，在30℃～80℃下共缩合1～48h，得到超疏水硅溶胶。