[发明专利]一种可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于界面超疏水材料领域，公开了一种可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料及其制备方法。所述可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料的制备方法为：将含有羟基基团的亲水性固体颗粒与氟硅烷基化合物混合并进行搅拌反应，然后将反应后所得的固体颗粒在有机溶剂中进行清洗，干燥后即可得到可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料，将其喷涂在固体表面，即可改变固体表面的湿润性。本发明制备过程非常简单，操作便捷，对改性的固体基材表面具有普适性，例如金属、玻璃、陶瓷、塑料等。这可以使得改性表面在超疏水自清洁、超疏油抗油污等等领域具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于界面超疏水材料领域，特别涉及一种可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于液体的固有属性-表面张力，决定了不同液体在固体表面表现出不同的润湿特性。根据液体表面张力对固体表面的作用，可以将固体表面对液体的润湿性分三种类型：超疏水超亲油性、超疏水超疏油性以及超级疏液性。但在现实世界中很难找到自然存在的以上三种类型的固体表面，都需要通过一定的改性处理获得，并且改性难度也依次增高。据文献记载，获得超疏水表面的改性方法很多，对改性材料的结构要求也较低。例如，中国发明专利申请CN201410284528.6公开了一种具备疏水汽功能的超疏水表面的制备方法，通过有机硅烷的缩合交联反应，制备具有球状结构的超疏水改性材料，通过简单的滴涂老化过程即可获得超疏水固体表面。但是想要获得超疏水超疏油或者超级疏表面，则需要特定的形貌结构(双角凹入或者悬突外挂结构)，这些结构制备困难，性能不稳定。例如，中国发明专利申请CN201710123834.5公开了一种超疏水超疏油材料的制备方法，需要通过电沉积法和长时间的浸泡镀膜，这些方法会极大的限制改性材料的大面积处理和应用。

由此，如何利用简单的方法，如制备超疏水表面一样制备超疏水超疏油以及超级疏表面，成为了十分必要解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术现存的问题，本发明的首要目的在于提供一种可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料的制备方法，通过氟硅烷在固体颗粒表面的接枝密度，调控涂膜后固体表面的润湿性。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料。

本发明再一目的在于提供上述方法制备得到的可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料在改变固体基材表面湿润性中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料的制备方法，包括以下步骤：

将含有羟基基团的亲水性固体颗粒与氟硅烷基化合物混合并进行搅拌反应，然后将反应后所得的固体颗粒在有机溶剂中进行清洗，干燥后得到可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料。

所述含有羟基基团的亲水性固体颗粒为二氧化硅，氧化锌、氧化铝、氢氧化铝、氢氧化镁和碳化硅中的至少一种；

所述氟硅烷基化合物为长直链氟烷基的三氯硅烷、三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷中的至少一种；优选地，所述氟硅烷基化合物中的氟碳链长度大于6个碳原子；更优选地，所述氟硅烷基化合物为全氟癸基三氯硅烷、三甲氧基全氟癸基硅烷、十七氟癸基三甲基硅烷和十七氟癸基三乙基硅烷中的至少一种。

以质量比计，所述含有羟基基团的亲水性固体颗粒：氟硅烷基化合物＝1：(0.005～0.1)。

所述搅拌反应的搅拌速度为500～1500r/min；搅拌时间为24～100h；优选地，所述搅拌速度为500r/min，搅拌时间为32h。所述搅拌反应优选为在稀有气体气氛中进行。

所述有机溶剂为乙醇、甲醇、四氢呋喃中的至少一种。

所述干燥的温度为50～100℃。

一种通过上述方法制备得到的可调控界面润湿性的硅烷低表面能材料。