CN104817279A - 一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，采用水热法制备纳米二氧化钛，以水解反应为基础，选用在自然条件下发生水解反应的四正丙醇钛作为钛源，通过控制反应条件制得晶型较好的纳米二氧化钛用于制备复合材料，其中锐钛型晶体的形貌用于制备超疏水薄膜，然后通过低表面能物质硬脂酸修饰后形成的超疏水薄膜。本发明的优点是：该方法制备成本低、简单快捷；制备的超疏水膜的接触角为疏水型纳米二氧化钛的水接触角为95.3°、滚动角为0‐4°，纳米二氧化钛的粒径约为7nm，颗粒分散性好，稳定性较好，可以在空气中放一段时间，效果仍然不错，抗酸碱性较好，可用于防水、防冻及抗金属腐蚀。

Description

一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法

技术领域

本发明涉及超疏水膜的制备，具体是一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法。

背景技术

近几年，随着对浸润性的广泛研究，人们已经认识到超疏水膜在自清洁、微流体系及特殊分离等方面有着巨大的潜在应用，因此超疏水膜的制备也成为人们关注的焦点。由经典的杨氏方程可知，表面能直接决定表面的浸润性，若要提高疏水性，必须尽可能降低表面物质的表面能。虽然低表面能物质能增强膜表面的疏水性，但仍然不能超过120°，另一方面表面粗糙结构与膜的疏水性大小也有着密切的关系。因此，降低材料的表面能和增加材料的表面粗糙度，都可以提高材料表面超疏水性。超疏水膜不仅具有防水，防尘，防腐蚀，防霉等功能，还具有自清洁功能，在防水材料，建筑物表面以及汽车的挡风玻璃等方面有着重要的用处和广阔的前景。

通常超疏水表面的制备需要通过表面修饰氟碳化合物或长链烷基来降低表面自由能(以低表面能含氟材料制备出高疏水性表面，这种表面随着含氟集团的富集、含氟链段的增长、枝链的增多，表面浸润性都将降低，即接触角增大；同时由于表面粘附性的降低，滚动角也在迅速降低)。同时由于光滑表面的接触角较小，因此还需要构筑适宜的微细结构来调适表面浸湿性。目前构造粗糙表面的方法有：等离子刻蚀、化学气相沉积、电化学沉积、金属阳极氧化等。但这些方法大多制作成本高、过程复杂，且实验条件苛刻、难以进行大范围制造从而限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，该方法采用纳米金属氧化物材料，由于纳米尺度的粗糙程度足可以达到超疏水对表面形貌的要求，通过选择合适的钛源以及控制反应条件，可以制备出结晶度良好、粒径分布均匀的锐钛型纳米二氧化钛颗粒，增加了表面粗糙度，再通过低表面自由能硬脂酸的修饰，便可得到效果很好的超疏水材料。

本发明的技术方案：

一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，步骤如下：

1、疏水型纳米二氧化钛的制备：采用水热法制备纳米二氧化钛，以水解反应为基础，选用在自然条件下发生水解反应的四正丙醇钛作为钛源，通过控制反应条件制得晶型较好的纳米二氧化钛用于制备复合材料，步骤如下：

1)将超纯水和叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反应釜内衬里，制得水相；将环己烷、油酸和四正丙醇钛混合均匀，制得油相；将油相导入聚四氟乙烯反应釜内衬里，与水相混合，制得混合液；

2)将装有混合液的聚四氟乙烯内衬装入与之相对应的不锈钢高压反应釜内，密封并放入数显鼓风干燥箱内，在180℃温度下持续反应4h，然后取出反应釜并在自然条件下冷却至室温；

3)将聚四氟乙烯反应釜内衬中的上层油性液体取出，然后注入干燥清洁的离心管内，向离心管内注入甲醇，甲醇与油性液体的体积比为1:1；

4)将离心管置于离心机中，在6000r/min的条件下离心4min，取出离心管中下层物质，得到疏水型纳米二氧化钛；

2、二氧化钛涂料的制备

将硬脂酸溶解于分析纯乙醇中，超声震荡20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液，将制备的疏水型纳米二氧化钛溶解于硬脂酸乙醇溶液中，进行细胞粉碎30-60min，得到氧化铜涂料；

3、纳米二氧化钛超疏水膜的制备

将上述二氧化钛涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60-90℃烘干0.5-1h，在载玻片上制得纳米二氧化钛超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。

所述超纯水与叔丁胺的体积比为10:0.1ml；环己烷、油酸和四正丙醇钛的体积比为4:1:0.07；混合液中叔丁胺与四正丙醇钛的体积比为0.2:0.35ml。

所述疏水型纳米二氧化钛、硬脂酸与乙醇溶液的用量比为：0.16g:0.3g:20ml。

本发明的优点是：该方法通过水解法制备出晶型较好的纳米二氧化钛，其中锐钛型晶体的形貌用于制备超疏水薄膜，然后通过低表面能物质硬脂酸修饰后形成的超疏水薄膜，制备成本低、简单快捷；制备的超疏水膜的接触角为疏水型纳米二氧化钛的水接触角为95.3°、滚动角为0-4°，纳米二氧化钛的粒径约为7nm，颗粒分散性好，稳定性较好，可以在空气中放一段时间，效果仍然不错，抗酸碱性较好，可用于防水、防冻及抗金属腐蚀。

附图说明

图1为制得的疏水型纳米二氧化钛的X射线粉末衍射图谱。

图2为制得的疏水型纳米二氧化钛的扫描电镜的照片。

图3(a)为将10微升的水滴在制得的材料上的接触角照片；(b)为同样体积的水滴普通玻璃上的接触角照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。

实施例：

一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，步骤如下：

1、疏水型纳米二氧化钛的制备：采用水热法制备纳米二氧化钛，以水解反应为基础，选用在自然条件下发生水解反应的四正丙醇钛作为钛源，通过控制反应条件制得晶型较好的纳米二氧化钛用于制备复合材料，步骤如下：

1)将20mL超纯水和0.2mL叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反应釜内衬里，制得水相；将20mL、5m油酸和0.35mL四正丙醇钛混合均匀，制得油相；将油相导入聚四氟乙烯反应釜内衬里，与水相混合，制得混合液；

2)将装有混合液的聚四氟乙烯内衬装入与之相对应的不锈钢高压反应釜内，密封并放入数显鼓风干燥箱内，在180℃温度下持续反应4h，然后取出反应釜并在自然条件下冷却至室温；

3)将聚四氟乙烯反应釜内衬中的上层油性液体取出，然后注入干燥清洁的离心管内，向离心管内注入甲醇，甲醇与油性液体的体积比为1:1；

4)将离心管置于离心机中，在6000r/min的条件下离心4min，取出离心管中下层物质，得到疏水型纳米二氧化钛；

图1为制得的疏水型纳米二氧化钛的X射线粉末衍射图谱,图中表明：产物主要成分为二氧化钛，其主要晶向为002和111。

图2为制得的疏水型纳米二氧化钛的扫描电镜的照片，图中表明：纳米二氧化钛确实为所述的锐钛型晶体形貌，纳米片平均尺寸为700nm，厚度约为60nm。

2、二氧化钛涂料的制备

将0.3g硬脂酸溶解于20mL的分析纯乙醇中，超声震荡20min，得到硬脂酸乙醇溶液，将制备的0.16g疏水型纳米二氧化钛溶解于硬脂酸乙醇溶液中，进行细胞粉碎30min，得到氧化铜涂料；

3、纳米二氧化钛超疏水膜的制备

将上述二氧化钛涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60℃烘干0.5h，在载玻片上制得纳米二氧化钛超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。

图3(a)为将10微升的水滴在制得的材料上的接触角照片；(b)为同样体积的水滴普通玻璃上的照片，可以看出涂有该材料具有显著的疏水效果。

Claims (3)

1.一种纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)疏水型纳米二氧化钛的制备：采用水热法制备纳米二氧化钛，以水解反应为基础，选用在自然条件下发生水解反应的四正丙醇钛作为钛源，通过控制反应条件制得晶型较好的纳米二氧化钛用于制备复合材料，步骤如下：

1)将超纯水和叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反应釜内衬里，制得水相；将环己烷、油酸和四正丙醇钛混合均匀，制得油相；将油相导入聚四氟乙烯反应釜内衬里，与水相混合，制得混合液；

2)将装有混合液的聚四氟乙烯内衬装入与之相对应的不锈钢高压反应釜内，密封并放入数显鼓风干燥箱内，在180℃温度下持续反应4h，然后取出反应釜并在自然条件下冷却至室温；

3)将聚四氟乙烯反应釜内衬中的上层油性液体取出，然后注入干燥清洁的离心管内，向离心管内注入甲醇，甲醇与油性液体的体积比为1:1；

4)将离心管置于离心机中，在6000r/min的条件下离心4min，取出离心管中下层物质，得到疏水型纳米二氧化钛；

(2)二氧化钛涂料的制备

将硬脂酸溶解于分析纯乙醇中，超声震荡20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液，将制备的疏水型纳米二氧化钛溶解于硬脂酸乙醇溶液中，进行细胞粉碎30-60min，得到氧化铜涂料；

(3)纳米二氧化钛超疏水膜的制备

将上述二氧化钛涂料放入喷枪内，均匀喷在载玻片上，置于真空干燥箱内60-90℃烘干0.5-1h，在载玻片上制得纳米二氧化钛超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。

2.根据权利要求1所述纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，其特征在于：所述超纯水与叔丁胺的体积比为10:0.1ml；环己烷、油酸和四正丙醇钛的体积比为4:1:0.07；混合液中叔丁胺与四正丙醇钛的体积比为0.2:0.35ml。

3.根据权利要求1所述纳米二氧化钛超疏水膜的制备方法，其特征在于：所述疏水型纳米二氧化钛、硬脂酸与乙醇溶液的用量比为：0.16g:0.3g:20ml。