CN105713384A - 一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法 - Google Patents

一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其将疏水性纳米二氧化硅均匀分散到有机溶剂中，再加入聚合物，常温搅拌或90－110℃回流搅拌至聚合物完全溶解获得混合体系，将混合体系烘干后研磨成粉，用压片机压制即获得整体材料。本发明方法简单易行，易控制，所得整体材料具有超疏水的特性，与水的接触角在150°以上。滚动角小于5°。

Description

一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机纳米材料应用技术领域，具体涉及一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法。
背景技术
纳米/聚合物复合超疏水材料是将无机物纳米微粒分散、填充在聚合物基体中形成的超疏水复合材料，是超疏水材料研究领域的一个重要分支。由于超疏水表面在防水、防雾、防雪、防污染、防腐蚀、自清洁以及防止电流传导等方面具有广泛的应用前景，近年来受到材料科学研究者的广泛关注。然而，超疏水表面微纳米二元复合结构或单一的纳米结构本身处于亚稳状态，容易受到破坏致使超疏水性能丧失，因此如何解决超疏水表面较差的耐久性，耐机械损伤性仍是一个世界性难题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，该方法简单易行，易控制，所得整体材料具有超疏水的特性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其将疏水性纳米二氧化硅均匀分散到有机溶剂中，再加入聚合物，常温搅拌或90－110℃回流搅拌至聚合物完全溶解获得混合体系，将混合体系烘干后研磨成粉，用压片机压制即获得整体材料。所得的整体材料与水滴的接触角在150°以上，滚动角小于5°，经砂纸打磨后仍能保持超疏水性质。
具体的，所述聚合物可以为聚癸二酰己二胺（尼龙610或PA610）、聚碳酸酯（PC）或甲基硅树脂等，直接购买普通市售产品即可。
具体的，聚合物与疏水性纳米二氧化硅的质量比优选为0.5:1～3:1。
具体的，所用的有机溶剂为甲酸或甲苯。一般来讲，1g疏水性纳米二氧化硅添加10～50ml有机溶剂。
具体的，所用的疏水性纳米二氧化硅的粒径优选为20nm～50nm。
可以采用超声分散的方式将疏水性纳米二氧化硅均匀分散到有机溶剂中，超声分散时间优选为10～20分钟。
具体的，压片机压制时的压力为20～30MPa，压制成片后用600或800目砂纸打磨去掉光滑的表层。
采用上述方法制备得到的耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料。
一种SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，具体为：将疏水性纳米二氧化硅加入到有机溶剂中，超声10～20min使其均匀分散，然后加入聚合物进行常温或90－110℃回流搅拌，至聚合物完全溶解，获得混合体系；将混合体系在80℃条件下烘干后，研磨成粉末，用压片机在20～30MPa压力下压制，压制成片后用600或800目砂纸打磨去掉光滑的表层，即获得耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料。
通常，有关聚合物/无机纳米复合材料的制备方法有三种：一是溶胶凝胶法。该方法条件温和且两相分散均匀。但存在缺点：前驱物价格昂贵且毒性大，凝胶干燥过程中溶剂、小分子的挥发易导致材料收缩脆裂，难以大面积制备。二是插层复合法。插层法工艺简单，原料廉价易得，易于工业化生产，但有机插层剂耐热性稍差且对环境污染较大。三是共混法，即将纳米微粒均匀分散在聚合物基体中制备得到聚合物/纳米复合材料的方法。此法简单易行，缺点在于纳米微粒在聚合物中容易团聚，难于均匀分散。本发明采用共混法将表面经过修饰的疏水性纳米SiO2微粒均匀分散在聚合物中，压片制备得到的SiO2/聚合物复合超疏水整体材料。本发明方法简单易行，原料廉价易得，易于大规模制备。所制得的SiO2/聚合物复合超疏水整体材料表层与体相均一，当表面的超疏水层遭到破坏时，裸露出的次外层具有与表层相同的化学成分以及微观结构，从而保持了材料的超疏水性能不变。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
1）本发明SiO2/聚合物超疏水复合整体材料，表层与体相具有同样的超疏水性能，当表面的疏水层遭到破坏时，裸露出的次外层具有同样粗糙的纳米或微纳米结构，从而保持了材料的超疏水性能不变，有效解决了超疏水表面不稳定、脆弱、耐机械损伤性差的问题；
2）将疏水的纳米二氧化硅添加在聚合物中，疏水的纳米二氧化硅在降低聚合物材料表面能的同时，增加了材料表面的粗糙度，同时兼顾了超疏水表面形成的两个必要条件；
3）本发明SiO2/聚合物超疏水复合整体材料无需用含氟的低表面能物质进行修饰即可达到超疏水性，环境友好，且具有一定的耐强酸强碱腐蚀性等优点。
4）本发明采用简单的分散共混后压片的制备方法，操作简单、原料廉价易得、无需使用昂贵的设备，易于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中的SiO2/PA610超疏水整体材料的SEM照片（a）及接触角照片（b）；
图2为实施例1所得SiO2/PA610超疏水整体材料经过强酸（a）强碱（b）腐蚀后与水的接触角照片；
图3为实施例2中的SiO2/PC超疏水整体材料的SEM照片（a）及接触角照片（b）；
图4为实施例3中的SiO2/甲基硅树脂超疏水整体材料的SEM照片（a）及接触角照片（b）。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述实施例中，疏水性纳米二氧化硅选用DNS系列纳米二氧化硅，其为有机物修饰的纳米二氧化硅，具有极好的疏水亲油性，可购买普通市售产品即可。实施例中所用DNS-2型纳米二氧化硅购自河南省纳米材料工程技术研究中心。
实施例1
将1.5gDNS-2型纳米二氧化硅加入60ml甲酸中，超声分散约15min使其均匀分散，再加入4.0g尼龙610，升温至110℃，磁力搅拌下回流3h，至聚合物完全溶解，获得混合体系（即纳米二氧化硅颗粒和尼龙610的均匀分散液），将混合体系80℃下烘干、研磨成粉末、压片机在25MPa压力下压制，用600目砂纸打磨去掉表层即可得到SiO2/PA610复合超疏水整体材料。
所得SiO2/PA610复合超疏水整体材料的SEM及接触角照片参见图1，测得接触角为160.9±1°。从图2可以看出：所得SiO2/PA610复合超疏水整体材料具有较好的抗强酸、强碱腐蚀能力，pH为2的强酸液滴和pH为13的强碱液滴放在其表面且停留12分钟后，接触角分别为153±1°和151±1°。
实施例2
将1.5gDNS-2型纳米二氧化硅加入20ml甲苯中，超声分散约15min使其均匀分散，再加入1.0g聚碳酸酯，升温至90℃，磁力搅拌下回流2h，至聚合物完全溶解，获得混合体系（即纳米二氧化硅颗粒和聚碳酸酯的均匀分散液），将混合体系80℃下烘干、研磨成粉末、压片机在25MPa压力下压制，用600目砂纸打磨去掉表层即可得到SiO2/PC复合超疏水整体材料。
所得SiO2/PC复合超疏水整体材料的SEM及接触角照片参见图3，测得接触角为154.7±1°。
实施例3
将1gDNS-2型纳米二氧化硅加入20ml甲苯中，超声分散约15min使其均匀分散，再加入2.0g甲基硅树脂，室温下磁力搅拌4h，至聚合物完全溶解，获得混合体系（即得到纳米二氧化硅颗粒和甲基硅树脂的均匀分散液），将混合体系80℃下烘干、研磨成粉末、压片机在25MPa压力下压制，用800目砂纸打磨去掉表层即可得到SiO2/甲基硅树脂复合超疏水整体材料。
所得SiO2/甲基硅树脂复合超疏水整体材料的SEM及接触角照片参见图4，测得接触角为155.1±1°。
综上可以看出：采用本发明方法制备得到的SiO2/聚合物复合超疏水整体材料具有超疏水性能，与水的接触角在150°以上；且本发明方法操作简单，容易控制，不需要昂贵的设备，不需要含氟的低表面能物质进行修饰，环境友好，适于工业化生产。

Claims (8)

1.一种耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，将疏水性纳米二氧化硅均匀分散到有机溶剂中，再加入聚合物，常温搅拌或90－110℃回流搅拌至聚合物完全溶解获得混合体系，将混合体系烘干后研磨成粉，用压片机压制即获得整体材料。
2.如权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚癸二酰己二胺、聚碳酸酯和甲基硅树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，聚合物与疏水性纳米二氧化硅的质量比为0.5～3:1。
4.根据权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，所用的有机溶剂为甲酸或甲苯。
5.根据权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，所用的疏水性纳米二氧化硅的粒径为20nm～50nm。
6.根据权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于，采用超声分散的方式将疏水性纳米二氧化硅均匀分散到有机溶剂中，超声分散时间为10～20分钟。
7.根据权利要求1所述耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料的制备方法，其特征在于：压片机压制时的压力为20～30MPa，压制成片后用600或800目砂纸打磨去掉表层。
8.采用权利要求1至7任意所述方法制备得到的耐磨损SiO2/聚合物复合超疏水整体材料。
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