[发明专利]二氧化钛微球和纳米线双结构的超疏水薄膜的制备方法

说明书

本文提供一种二氧化钛超微球和纳米线双粗糙结构的疏水薄膜的制备方法。该二氧化钛超疏水薄膜主要由微米级的TiO₂微球和纳米级TiO₂纳米线组成的二元微纳结构以及低表面能物质构成。其制备方法为：采用水热法制备TiO₂微球，离心洗涤后加入聚氨酯树脂作为粘结剂充分搅拌均匀得到疏水微球TiO₂胶体。将胶体通过旋涂法制膜后煅烧获得疏水TiO₂微球薄膜。再将TiO₂微球薄膜浸入TiCl₄水溶液获得一层TiO₂致密层。然后在处理后的微球多孔膜表面水热生长TiO₂纳米线超疏水薄膜。最后用乙醇洗净后干燥，在表面沉积一层低表面能物质，即可获得高稳定性和疏水性能的TiO₂微球和纳米线双结构的疏水薄膜。本发明具有疏水性能好，力学性能稳定性好，反应温度低，对环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及超疏水薄膜制备技术领域，具体涉及TiO₂微/纳二元结构超疏水薄膜及其制备方法。

背景技术

在大自然中，荷叶能够出淤泥而不染。水滴在荷叶表面能够实现自由滚落并且带走其表面的污染物，这种现象称为荷叶效应。在荷叶的表面，有5微米到9微米的微米级乳突，在微米乳突上还存在纳米级的绒毛，正是由于这种微纳结构使得荷叶表面获得自清洁效应。自清洁效应在现代人们生产生活中具有广阔的运用前景，如高楼大厦建筑玻璃表面的自清洁、织物的防污防水、输电线路的防覆冰等。

为了实现自清洁效应，越来越多研究者从仿生学的角度出发研究制备高性能的微/纳二元结构薄膜。目前，大量报道使用的是SiO₂，TiO₂也具有疏水性能，但是相关研究报道较少。目前疏水材料的研究面临的问题是：（1）SiO₂制备成本较高，材料的开发涉及较贵的含氟或硅烷的化合物。（2）材料的制备设备要求高、条件苛刻、周期长。（3）由于特殊的微纳结构，表面易被外力破坏，根据涂膜硬度铅笔测定法（标准号：GB/T 6739-1996），目前许多薄膜强度达不到3H强度，限制了疏水材料在实际中应用。为了解决高成本和低稳定性问题，本发明提供了一种高性能新型仿荷叶表面结构的TiO₂微/纳二元结构超疏水薄膜及其制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的的仿荷叶表面结构TiO₂超疏水薄膜来实现自清洁效应。为了达到上述目的，本发明采用如下制备方案，具体制备步骤如下：

第一步：使用钛酸异丙酯作为钛源，十二胺作为表面活性剂，无水乙醇作为溶剂。将钛酸异丙酯、十二胺按一定比例添加并激烈拌混合搅均匀作为前驱液。将去离子水加到前驱液中搅拌6-10小时后，转移至反应釜中进行水热反应。

所述的钛酸异丙酯和十二胺的添加质量比为1：0.1-1.5。水热反应温度为220-250℃，水热反应时间为10-15小时。

第二步：将反应釜中TiO₂微球取出，离心、洗涤、加入一定比例的聚氨酯树脂作为粘结剂充分搅拌均匀得到疏水微球TiO₂无水乙醇胶体，聚氨酯树脂、TiO₂微球和无水乙醇的体积比为0.3-1：1：2-6。将胶体通过旋涂法制膜后在75-85℃干燥后获得疏水TiO₂微球多孔薄膜。

第三步：将第二步中疏水TiO₂微球薄膜浸入0.01-0.05 M TiCl₄水溶液中，在65-75℃下加热10-30 min后用去离子水洗净，之后在150-550 ℃下退火28-35min，在TiO₂微球表面沉积一层TiO₂纳米致密层。该步骤中TiO₂纳米致密层可作为TiO₂纳米线生长的种子层。