[发明专利]一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用

说明书

本发明涉及水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层合成，具体涉及一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用，制备水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的方法，包括如下步骤：先对硅灰与纳米氧化硅进行混合，得到微纳氧化硅，再对微纳氧化硅进行改性，得到超疏水微纳结构氧化硅，最后涂在水泥上，得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层。本发明的制备水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的方法首先通过对廉价的硅灰与纳米氧化硅混合，使其结构变成微纳结构；再对微纳氧化硅进行改性，提高其表面疏水性，通过本发明的方法制备的沸石具有较高的疏水性，且价格低，有望在道路防覆冰等领域获得实际应用。

技术领域

本发明涉及水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的合成，具体涉及一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用。

背景技术

冬季寒冷地区水泥混凝土路面结冰的现象极大降低了交通运营能力，并引发安全性问题。近年来，研究者发现通过在水泥混凝土路面构筑超疏水涂层可极大地改善路面的防覆冰及防冻抗滑性能，具有广阔的研究和应用前景。

超疏水表面，通常是对水憎恶性，能通过排斥地表水可以使水泥混凝土路面防结冰，更加耐用。莲子叶是自然界中最出名的超疏水表面，并且已经有仿生方法来模拟产生疏水表面的“荷叶效应”。疏水性受材料的化学性质或表面能的控制，以及纳米到微米级的分层形貌或表面粗糙度结构。尽管将纳米到微米级的分层形貌转化为人造表面已经得到广泛研究，还大量应用于日常生活、工业制造、管道输送、航海等诸多领域。但是关于应用到超疏水混凝土路面的文献报道非常有限，而我国公路的主要结构是水泥混凝土路面，深受严寒气候的影响，对于超疏水材料还没有实际的应用。

我国公路的主要结构是水泥混凝土路面，深受严寒气候的影响，传统的除冰方法通常是人为的在结冰路面撒融雪剂(如盐)，还有人工清除和通过铲雪车机械清除等。不可否认这些方法取得一定程度的效果，但有相当大的局限性，浪费人力物力且效率不高还污染环境，例如在路面上洒融雪剂，这些物质会流入土壤使土壤盐碱化，渗入水体造成污染，破坏生态环境。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅及基于其的涂层及制备方法和应用，通过该方法制备的水泥涂层具有较高的结构稳定性和超疏水性，成本低。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅，其原料包括硅灰、纳米氧化硅和硅烷偶联剂；以质量分数计，纳米氧化硅的含量为硅灰质量的2％-30％，硅烷偶联剂的含量为硅灰与纳米氧化硅总质量的10％-80％。

一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅的制备方法，其过程为：先将硅灰与纳米氧化硅混合干燥，得到微纳结构的氧化硅；再向微纳结构的氧化硅加入硅烷偶联剂进行改性，得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅。

改性过程中，反应温度为50℃-80℃。

改性反应时间为12-48h。

改性过程中，对物料不断进行搅拌。

向微纳结构的氧化硅加入硅烷偶联剂进行改性后，通过抽滤和干燥得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅。

一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的制备方法，包括如下步骤：

将水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅粉末筛于水泥上面，养护脱模后得到水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层。

一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层，通过上述方法制得，水滴与所述水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层间的接触角为132°-166°。

一种水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层的应用，水泥基表面超疏水性微纳结构氧化硅涂层用于道路防覆冰。