CN107501586A

CN107501586A - 一种超疏水复合膜材料的制备方法及其用途

Info

Publication number: CN107501586A
Application number: CN201710723803.3A
Authority: CN
Inventors: 张瑞龙; 戴江栋; 谢阿田; 常忠帅; 田苏君; 葛文娜; 闫永胜; 周志平
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明属于环境功能材料制备技术领域，提供了一种超疏水复合膜材料的制备方法及其用途，按照下述步骤进行：首先，燃烧法在基膜表面负载一层碳材料；然后，经过氟硅烷进行低表面能的修饰，制备超疏水复合膜材料。通过本发明所述的方法所制备的超疏水复合膜具有优异的防水、纺雾、防冰、抗污自洁的超疏水性能，可在材料自洁领域中广泛使用。

Description

一种超疏水复合膜材料的制备方法及其用途

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种超疏水复合膜材料的制备方法及其用途。

背景技术

固体表面的润湿性是指水在固体表面铺展的能力，通常用接触角(CA)来衡量。通常，将固体表面接触角小于90°，称为亲水性表面；接触角大于90°，称为疏水性表面，而当接触角超过150°时，则称为超疏水表面。自然界中超疏水现象很多，如荷叶表面的自洁，水蜜桃表面不沾水，水黾在水面自由的运动，等等。这些神奇的自然现象，使得研究人员开始对自然界奥秘的探索，最终发现，这种超疏水现象主要归结于两种原因，一是，物体表面的微纳米粗糙结构；另一方面是，物体表面的低表面能物质。然后，大量的超疏水仿生材料制备、应用。然而却有各种各样的不足，需要进行改进。

当空气的水蒸气达到饱和值是，基材表面就会析出许多微小水滴这种现象称为结雾。这些微小的水滴导致基材表面变湿，不仅仅影响透明材料的透明度，还会引起一些次生问题，如食品的变质腐烂、金属材料的生锈腐蚀。另外，针对温度较低的地区，水蒸汽可以直接被凝固，形成小冰珠粘结在物体表面，从而影响材料的正常性能。因此针对结雾、结冰等问题，急需有效的解决。

发明内容

本发明首次采用燃烧法，构筑材料表面的微纳米粗糙结构，在经过氟硅烷的修饰，快速制备超疏水复合材料，并用于防雾、防冰、抗污自洁表面处理领域，同时表现出美好的应用前景。

本发明的目的是提供一种超疏水复合膜材料的制备方法，首先，燃烧法在基膜表面负载一层碳材料；然后，经过氟硅烷进行低表面能的修饰，制备超疏水复合膜材料；并通过多种表征手段，揭示复合材料的形貌与疏水性能，并应用于防雾、防冰、抗污自洁表面处理。

本发明采用的技术方案是：

一种超疏水复合膜材料的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、基膜负载碳材料：将基膜在有机物中浸湿，然后进行燃烧法沉积碳材料；

步骤2、低表面能修饰：碳沉积后的膜材料，在氟硅烷溶液中浸湿、干燥即可得到超疏水复合膜材料。

步骤1中，基膜是金属筛网、耐高温滤膜、金属多孔材料或阻燃布料中的一种。

所述的金属筛网为铜网或不锈钢网；所述耐高温滤膜为氧化铝膜或玻璃纤维素膜；所述金属多孔材料为泡沫铜或泡沫镍。

步骤1中，有机物是苯、甲苯、己烷、环己烷、环氧丙烷或正丁醇中的一种。

步骤1中，燃烧的气体氛围是氧气与氮气的混合气氛。

步骤2中，使用的氟硅烷有全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛烷、全氟壬酸甲酯、全氟十二烷酸甲酯、全氟癸酸甲酯或全氟十二烷酸中的一种。

步骤2中，氟硅烷溶液的溶剂为己烷、环己烷或四氯化碳中的一种或多种。

步骤3中，氟硅烷溶液的浓度为0.1-50g·L^-1。

本发明所制备的超疏水复合膜材料用于防雾、防冰或抗污自洁领域。

本发明的有益效果：

(1)本发明轻易地赋予了普通的基膜材料超疏水性能。

(2)制得的超疏水复合膜材料具有防雾、防冰、抗污自洁等性能。

(3)鉴于该超疏水复合膜材料的优异性能，可在环境治理，材料自洁抗污等领域广泛使用。

(4)本发明的制备方法简单易行、流程非常短、操作易控，适于推广使用。

附图说明

图1为实施例1中制备的碳沉积复合膜的扫描电镜图；

图2为超疏水复合膜材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

实施例1：

将泡沫镍在甲苯中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为0.5g·L^-1全氟辛基三聚硅烷的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

图1中碳均匀地沉积在泡沫镍表面，形成蓬松的纳米粒子形貌。

图2显示超疏水复合膜材料的扫描电镜图，清洗的可以看出其表面形貌与图1截然不同，具有大量的微纳米结构。表明低表面能物质修饰非常成功。

实施例2：

将铜网在苯中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为0.1g·L^-1全氟癸基三氯硅烷的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例3：

将不锈钢网在己烷中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为50g·L^-1全氟癸基三甲氧基硅烷的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例4：

将氧化铝膜在环己烷中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例5：

将玻璃纤维素膜在环氧丙烷中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为0.5g·L^-1的全氟辛烷或全氟壬酸甲酯的四氯化碳溶液中，取出并空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例6：

将泡沫铜在正丁醇中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟辛基三氯硅烷的环己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例7：

将阻燃布料在甲苯中浸湿，然后，在氧气与氮气体积比为10：90的氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟辛基三甲氧基硅烷的四氯化碳溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例8：

将泡沫镍在甲苯中浸湿，然后，在氧气与氮气体积比为90：10的氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟辛基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例9：

将铜网在甲苯中浸湿，然后，在纯氧气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟十二烷酸甲酯或全氟癸酸甲酯的己烷溶液中，取出并在空气中自然干燥得到超疏水复合膜材料。

实施例10：

将泡沫镍在甲苯中浸湿，然后，在空气氛围下进行燃烧，得到碳沉积的复合膜；然后再浸入浓度为10g·L^-1全氟十二烷酸的己烷溶液中，取出，在20-90℃烘箱干燥得到超疏水复合膜材料。

本发明中具体实施方案中超疏水复合膜材料的防雾、防冰性能研究：将一定量的过冷水，缓慢地滴加在超疏水复合膜材料表面，待过冷水在复合膜材料表面结冰后，缓慢地将超疏水复合膜材料，测试冰珠滚落时超疏水复合膜材料倾斜的角度，从而研究其防冰性能；将超疏水复合膜材料进行低温处理，然后将超疏水复合膜材料倾斜一定角度并置于一定速度的水蒸气排放口处，测试水蒸气液化到滚落的时间，研究其防雾性能。

Claims

1.一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，基膜是金属筛网、耐高温滤膜、金属多孔材料或阻燃布料中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述金属筛网为铜网或不锈钢网；所述耐高温滤膜为氧化铝膜或玻璃纤维素膜；所述金属多孔材料为泡沫铜或泡沫镍。

4.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，有机物是苯、甲苯、己烷、环己烷、环氧丙烷或正丁醇中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述燃烧法中，燃烧的气体氛围是氧气与氮气的混合气氛。

6.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，使用的氟硅烷有全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛烷、全氟壬酸甲酯、全氟十二烷酸甲酯、全氟癸酸甲酯或全氟十二烷酸中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，氟硅烷溶液的溶剂为己烷、环己烷、四氯化碳中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，氟硅烷溶液的浓度为0.1-50g·L^-1。

9.权利要求1～8任意一项所述的方法制备的超疏水复合膜材料的用途，其特征在于所制备的超疏水复合膜材料用于防雾、防冰或抗污自洁领域。