CN106167991A - 用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法、具有超双疏表面的织物及多功能织物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法、具有超双疏表面的织物及多功能织物，该生产方法包括：将氟硅烷溶液与全氟壬酸溶液混合均匀，再加入去离子水并在室温下混合均匀，最后加入纳米颗粒溶液并分散均匀。具有超双疏表面的织物，所述织物通过以下方法制得：通过上述生产方法制备涂层液，将织物在所述涂层液中浸渍一段时间后取出，然后烘干。多功能织物，所述织物通过以下方法制得：通过上述生产方法制备涂层液，通过静电喷涂的方式将涂层液喷洒到织物的一个表面上。本发明的方法步骤简单、反应条件不苛刻，获得的超双疏表面的机械性能稳定，在经过多次摩擦或水洗后，疏水疏油性能仍然优良。
Description
技术领域
本发明涉及超双疏表面制备领域，尤其涉及用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法、具有超双疏表面的织物及多功能织物。
背景技术
自上世纪90年代以来，超双疏材料在水环境下的自清洁、防结冰等方面得到了广泛应用，并获得了广大使用者的好评。超双疏材料的表面结构主要由表面微纳米结构和表面化学组成共同构成的。对超双疏材料的表面实现粗糙化，主要包括两种方式，一是自下而上的方法，主要包括自组装技术以及电纺丝技术等；二是自上而下的方法，主要包括模板法以及纳米压印技术。超双疏表面同时具备超疏水和超疏油特性，因而在油水存在环境下有广泛应用，如油污环境下的自清洁、防腐蚀、防结冰结蜡、液体定向运输、微流控芯片防黏附等。并且基于超双疏材料表面微纳结构中空气垫的存在，该表面在水或油表面运输减阻方面也有一定应用。
目前，超双疏表面的制备方法很多，但步骤工艺复杂，需要的条件较为苛刻。不便于工业化应用。而且，现有的方法制备出的超双疏表面的机械稳定性较差，在经过多次摩擦或水洗后，其疏水疏油性能显著降低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种制备方法简单的用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法，包括：将氟硅烷溶液与全氟壬酸溶液混合均匀，再加入去离子水并在室温下混合均匀，最后加入纳米颗粒溶液并分散均匀。
上述方法中，氟硅烷溶液与全氟壬酸溶液在去离子水作用下发生缩聚反应。整个生产方法在室温下进行。该方法步骤少且用时短，几个小时内就可完成。十分适于工业化应用。且上述方法制得的涂层液在使用后获得的超双疏表面的机械性能稳定，在经过多次摩擦或水洗后，疏水疏油性能仍然优良。
进一步的是：所述氟硅烷溶液为氟硅烷乙醇溶液，所述全氟壬酸溶液为全氟壬酸乙醇溶液，所述纳米颗粒溶液为纳米颗粒乙醇悬浮液。氟硅烷溶液也可以为氟硅烷甲醇溶液，全氟壬酸溶液也可以为全氟壬酸甲醇溶液。
进一步的是：所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。也可以为氧化锌纳米颗粒等等。
进一步的是：所述氟硅烷乙醇溶液含200μL氟硅烷和2.5mL乙醇，所述全氟壬酸乙醇溶液含0.25g全氟壬酸和10mL乙醇，所述去离子水为27μL，所述二氧化硅纳米颗粒乙醇悬浮液含0.35g二氧化硅纳米颗粒和3ml乙醇。
具有超双疏表面的织物，所述织物通过以下方法制得：通过上述生产方法制备涂层液，将织物在所述涂层液中浸渍一段时间后取出，然后烘干。
进一步的是：浸渍时间为4h以上。
多功能织物，所述织物通过以下方法制得：通过上述生产方法制备涂层液，通过静电喷涂的方式将涂层液喷洒到织物的一个表面上。
进一步的是：静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
本发明的有益效果是：本发明的方法步骤简单、反应条件不苛刻，获得的超双疏表面的机械性能稳定，在经过多次摩擦或水洗后，疏水疏油性能仍然优良。采用浸渍法制得的超双疏织物，具有机械性能良好的，工艺简便易于操作、反应条件温和、超疏水、超疏油、自清洁等性能；采用静电喷涂制得的非对称超双疏织物可实现液滴的单向运输以及织物表面的亲水亲油化图案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的浸渍法的步骤示意图。
图2为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的静电喷涂法的步骤示意图。
图3为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的EDS能谱图。
图4为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的红外图谱。
图5为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的SEM图。
图6为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的水和油(正十六烷)的静态接触角。
图7为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面经过120次摩擦之后所具备的疏水疏油性能。
图8为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面经过5次水洗后所具备的疏水疏油性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
具有较好机械性能的多功能超双疏表面的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
将一定量的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含乙醇、去离子水、25％氨水的溶液中，在一定温度下搅拌一段时间，然后再加入适量的硅酸四乙酯继续反应，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
将含一定量氟硅烷(FAS)的乙醇溶液缓慢滴加到含全氟壬酸(HFA)的乙醇溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入一定量的去离子水，在室温下均匀搅拌，在得到的溶液中加入二氧化硅的乙醇悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍一段时间，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物的一个表面上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具有较好机械性能的多功能超双疏表面的制备方法，包括：
步骤一：二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的硅酸四乙酯继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
步骤二：涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸、10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇、0.35g二氧化硅的悬浮液，分散均匀。
步骤三：具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
步骤四：非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
请参阅图一，图一为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的浸渍法的步骤示意图。
请参阅图二，图二为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的静电喷涂法的步骤示意图。
请参阅图三，图三为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的EDS能谱图。图三所示为织物表面的涂层的EDS能谱图，由图三中Si元素的峰特别明显，由此可以看织物表面已经被二氧化硅覆盖。
请参阅图四，图四为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的红外图谱。1093cm-1强而宽的吸收带是Si-O-Si反对称伸缩振动，799cm-1、467cm-1处的峰为Si-O键伸缩振动和弯曲振动，说明二氧化硅纳米颗粒已经附着在超双疏织物表面。
请参阅图五，图五为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的SEM图。如图五(a)(b)所示，通过浸渍法制备的超双疏织物表面纤维的微观形貌，均匀覆盖一层二氧化硅纳米颗粒。如图五(c)(d)所示，通过静电喷涂法制备的超双疏织物表面纤维的微观形貌，其中(c)是喷洒面的微观形貌，(d)是为喷洒面的微观形貌。
请参阅图六，图六为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面的水和油(正十六烷)的静态接触角。如图六所示，通过浸渍法制备的超双疏织物表面的水接触角为166.4°，油的接触角为155.9°，说明本方式制备的超双疏织物表面具有良好的超双疏性能。
请参阅图七，图七为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面经过120次摩擦之后所具备的疏水疏油性能，如图七所示，通过浸渍法制备的超双疏织物表面在经过120次的摩擦之后仍然保持良好的双疏性能，水接触角保持在140°以上，油的接触角保持在120°以上。
请参阅图八，图八为本发明的具有较好机械性能的多功能超双疏表面经过5次水洗后所具备的疏水疏油性能。如图八所示，通过浸渍法制备的超双疏织物表面在经过5次的水洗之后仍然保持良好的双疏性能，水接触角保持在150°以上，油的接触角保持在130°以上。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：FAS：氟硅烷；HFA：全氟壬酸；TEOS：硅酸四乙酯；EDS图：能谱图；SEM图：电子扫描显像图。
实施例一
本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械性能的多功能超双疏表面：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸、10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.05g二氧化硅纳米颗粒的悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
实施例二
本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械性能的多功能超双疏表面：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸,10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇、0.15g二氧化硅纳米颗粒的悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
实施例三
本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械性能的多功能超双疏表面：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸、10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇、0.25g二氧化硅纳米颗粒的悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
实施例四
本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械性能的多功能超双疏表面：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸,10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇、0.35g二氧化硅纳米颗粒的悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
实施例五
本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械性能的多功能超双疏表面：
(1)二氧化硅纳米颗粒的制备
在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的硅酸四乙酯(TEOS)加入到含50mL乙醇、1mL去离子水、3mL 25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12h，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。
(2)涂层液的制备
含200μL氟硅烷、2.5mL乙醇的溶液缓慢滴加到含0.25g全氟壬酸,10mL乙醇的溶液，并均匀搅拌，再在混合溶液中加入27μL去离子水，在室温下均匀搅拌2h，在得到的溶液中加入含3mL乙醇、0.45g二氧化硅纳米颗粒的悬浮液，分散均匀。
(3)具有良好机械性能的超双疏织物表面的制备
将织物放入溶液中浸渍4h，取出干燥，得到一种超双疏的织物表面。
(4)非对称性超双疏织物表面的制备
通过静电喷涂的方式将溶液喷洒到织物上，可得到一面双疏一面双亲的织物表面，静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法，其特征在于包括：将氟硅烷溶液与全氟壬酸溶液混合均匀，再加入去离子水并在室温下混合均匀，最后加入纳米颗粒溶液并分散均匀。
2.如权利要求1所述的用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法，其特征在于：所述氟硅烷溶液为氟硅烷乙醇溶液，所述全氟壬酸溶液为全氟壬酸乙醇溶液，所述纳米颗粒溶液为纳米颗粒乙醇悬浮液。
3.如权利要求2所述的用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法，其特征在于：所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。
4.如权利要求3所述的用于制备超双疏表面的涂层液的生产方法，其特征在于：所述氟硅烷乙醇溶液含200μL氟硅烷和2.5mL乙醇，所述全氟壬酸乙醇溶液含0.25g全氟壬酸和10mL乙醇，所述去离子水为27μL，所述二氧化硅纳米颗粒乙醇悬浮液含0.35g二氧化硅纳米颗粒和3ml乙醇。
5.具有超双疏表面的织物，其特征在于所述织物通过以下方法制得：通过权利要求1至4中任意一项所述的生产方法制备涂层液，将织物在所述涂层液中浸渍一段时间后取出，然后烘干。
6.如权利要求5所述的具有超双疏表面的织物，其特征在于：浸渍时间为4h以上。
7.多功能织物，其特征在于所述织物通过以下方法制得：通过权利要求1至4中任意一项所述的生产方法制备涂层液，通过静电喷涂的方式将涂层液喷洒到织物的一个表面上。
8.如权利要求7所述的多功能织物，其特征在于：静电喷涂的参数设置为接收距离13cm，外加电压20kV，流量1mL/L，时间2h。
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