[发明专利]一种基于氟硅烷聚合物与纳米粒子协同的超双疏防水防油透气膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于氟硅烷聚合物与纳米粒子协同的超双疏防水防油透气膜的制备方法，先以水为溶剂，草酸为催化剂，阳离子表面活性剂为分散剂，在纳米粒子的作用下，氟硅烷与硅烷偶联剂于25~40℃下水解缩合反应1~24小时，然后超声处理，制得氟硅烷聚合物乳液；再将透气膜浸泡于氟硅烷聚合物乳液中10秒~20分钟，压滤去除多余液体后在140~190℃下固化处理2~20分钟，制得超双疏防水防油透气膜。本发明通过纳米粒子与氟硅烷聚合物的协同效应，在透气膜表面构建低表面能微‑纳结构，使得超双疏防水防油透气膜具有优异的静态、动态超双疏性能和良好的透气率，极具应用前景。

技术领域

本发明涉及一种防水防油透气膜的制备，尤其是涉及一种基于氟硅烷聚合物与纳米粒子协同的超双疏防水防油透气膜的制备方法，属于功能膜材料技术领域。

背景技术

防水透气膜在电子材料、航空航天、生物医疗、密封材料和新能源领域都有着广泛的应用。虽然防水透气膜有一定的防水能力，但是其在遇到油性物质时，就会被轻易污染，丧失其防水防污的性能。因此，赋予防水透气膜防油性能是非常必要的。通过在防水透气膜表面制备超双疏涂层是赋予其防油能力的有效途径，而通过氟硅烷聚合物提供低表面能，利用微纳米颗粒提供粗糙结构，是实现超双疏功能的有效方法。例如，中国专利CN108546326B以四氢呋喃为溶剂，通过分散含氟环氧树脂来实现防水透气膜的防油性能；中国专利CN113248776A以乙醇为溶剂，通过分散氟硅烷最终实现的防水透气膜的超双疏改性。然而，有机溶剂的使用造成了巨大的安全隐患和环境污染问题，也增加了制造成本。同时，生产过程中对于操作工人也有一定程度的危害。与有机溶剂相比，水是一种绿色溶剂，但很少用于制备超双疏防水防油透气膜，这是因为低表面能的材料通常不能很好地溶解或分散在水中，导致溶液发生分层，产生沉淀或氟硅烷聚合物大量粘附在瓶壁上，从而严重影响超双疏功能的实现。为了解决这一问题，通常采用含氟表面活性剂来分散氟硅烷聚合物于水性溶液中。但是，由于含氟表面活性剂价格昂贵，分散后所得溶液的均匀性、长期放置稳定性无法保证，限制了其应用。

此外，制备超双疏防水防油透气膜与制备超双疏织物不同，这是由于透气膜与织物的固有结构差异导致的。与织物相比，透气膜更加平整光滑，这对制备超双疏防水防油透气膜提出了更高的要求，需要更加精细地调控涂层的微结构和化学组成，以使透气膜表面能形成稳定的超双疏涂层。因此在防水透气膜表面形成稳定的超双疏涂层，以提高其防水防油性能，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于氟硅烷聚合物与纳米粒子协同的超双疏防水防油透气膜的制备方法，以进一步提高超双疏防水防油透气膜性能。

一、超双疏防水防油透气膜的制备

本发明超双疏防水防油透气膜的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）氟硅烷聚合物乳液的制备：以水为溶剂，草酸为催化剂，阳离子表面活性剂为分散剂，在纳米粒子的作用下，氟硅烷与硅烷偶联剂于25~40℃下水解缩合反应1~24小时，然后超声处理，制得氟硅烷聚合物乳液。

所述氟硅烷为全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；硅烷偶联剂与氟硅烷的质量比为0.1:1~0.5：1。

所述纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、纳米碳管中的一种，纳米粒子与氟硅烷的质量比为0.5:1~1.5:1。

所述草酸与氟硅烷的质量比为0.25：1~0.8:1。

所述阳离子表面活性剂为十二烷基聚氧乙烯、十二烷基三甲基溴化铵、双十二烷基二甲基溴化铵、双十六烷基二甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种，阳离子表面活性剂与氟硅烷的质量比为0.1:1~0.3:1。