CN108384443B - 有机/无机杂化超疏水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工领域，公开了一种有机/无机杂化超疏水涂料及其制备方法，该涂料中有机硅烷前躯体的分子式为：X‑SiR3，该式中的X为CnH2n+1的碳链基团，其中n为16、18、22或30。制备方法包括以下步骤包括以下步骤：在25ºC下，将分子式为X‑SiR3的有机硅烷前驱体在基底上喷涂成膜；将具有涂膜的基底置于2~5ºC恒温密闭容器中，待涂膜凝固后通入预设浓度的盐酸雾化气反应预设时间，得到所述有机/无机杂化超疏水涂料。与现有技术相比，本方法无需使用有机溶剂，经济环保；而且使用本方法制备出的有机/无机杂化超疏水涂料具有自清洁、防污、疏水等特性。

Description

有机/无机杂化超疏水涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，特别涉及一种有机/无机杂化超疏水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
涂料在绝缘、防锈、防霉、耐热等领域有着广泛的应用。超疏水涂层因其独特的自清洁性、防污特性、疏水、低摩擦系数等表面性能，而受到格外关注。
目前超疏水涂层的制备方法很多，溶胶-凝胶法因其反应条件温和、反应过程可控、便于涂覆、材料性能调节余地大等特点而被广泛应用。但是，该法制备涂层也有其缺陷：使用了大量水和有机挥发性醇溶剂，耗能大，耗时长；多组分混合体系，酸碱催化剂的存在使混合体系保质期短等。随着节能环保条例的深入改革，涂料的无溶剂化势在必行。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种有机/无机杂化超疏水涂料及其制备方法和应用，本方法无需使用有机溶剂，经济环保，而且制备出的涂料具有自清洁、防污、疏水等特性。
技术方案：本发明提供了一种有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料中有机硅烷前驱体的分子式为：X-SiR3，该式中的X为CnH2n+1的碳链基团，其中n为16、18、22或30。
本发明还提供了一种有机/无机杂化超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：在25ºC下，将分子式为X-SiR3的有机硅烷前驱体在基底上喷涂成膜；将具有涂膜的基底置于2~5ºC恒温密闭容器中，待涂膜凝固后通入预设浓度的盐酸雾化气反应预设时间，得到所述有机/无机杂化超疏水涂膜；在所述分子式为X-SiR3的有机硅烷前驱体中，式中的X为CnH2n+1的碳链基团，其中n为16、18、22或30；R为Cl、OCH3或OC2H5。
优选地，所述盐酸的预设浓度为0.1mol/l~12mol/l；优选0.1mol/l、0.5mol/l、1mol/l、2mol/l、3mol/l或6mol/l。
优选地，所述反应的预设时间为12~72h；优选12h、18h、24h或48h。
优选地，所述基底为玻璃、硅片、马口铁、铝合金、聚碳酸酯或织布。
本发明还提供了一种有机/无机杂化超疏水涂料的在防水防潮、自清洁或抗结冰领域中的应用。
有益效果：本发明中将有机硅烷前驱体加热熔融后喷涂到基底上得到有机硅液态涂层；冷却结晶（2~5ºC）后形成固体涂层，然后通入盐酸雾化气引发有机硅烷前驱体中Si-Cl、SiOCH3或SiOCH2CH3的水解缩合反应，即得有机/无机杂化超疏水涂料，反应过程如下：
SiR+H2O— -SiOH+HR
-SiOH+-SiOH— -SiOSi-+H2O
-SiR+-SiOH— -SiOSi-+HR
本发明提供的制备方法与现有技术相比，利用固态聚合不易收缩、固含量高、环保等优点，改善现有涂层易收缩、高污染、高能耗等缺陷，具有绿色环保、低成本、高效率、步骤简单、可大面积制备且可广泛应用于不同材质的基底等优点；本发明中的超疏水涂料具有耐高温、耐溶剂性等优点，由于所得涂层的超疏水特性，使得涂层具有自清洁、防污等功能，在防水涂料、自清洁材料、防污织物、微流体装置及生物材料等方面具有潜在的应用。
附图说明
图1为实施例5中涂层表面的扫描电镜图和水接触角图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种含有杂化分子十六烷基三氯硅烷（分子式为C16H33-SiCl3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g十六烷基三氯硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入0.1mol/l的盐酸雾化气，反应12h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。
实施方式2：
本实施方式提供一种含有杂化分子十六烷基三甲氧基硅烷（分子式为C16H33-Si（OCH3）3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g十六烷基三甲氧基硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入2mol/l的盐酸雾化气，反应72h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。
实施方式3：
本实施方式提供一种含有杂化分子十六烷基三乙氧基硅烷（分子式为C16H33-Si（OC2H5）3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g十六烷基三乙氧基硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入12mol/l的盐酸雾化气，反应36h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。
实施方式4：
本实施方式提供了一种含有杂化分子十八烷基三氯硅烷（分子式为C18H37-SiCl3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g十八烷基三氯硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入1mol/l的盐酸雾化气，反应24h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。
实施方式5：
本实施方式提供一种含有杂化分子十八烷基三甲氧基硅烷（分子式为C18H37-Si（OCH3）3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g十八烷基三甲氧基硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入2mol/l的盐酸雾化气，反应48h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。该涂料的涂层表面的扫描电镜图和水接触角图如图1所示，可见得到的有机/无机杂化超疏水涂层的表面粗糙，水接触角较大，超疏水性能较好。
实施方式6：
本实施方式提供了一种含有杂化分子三十烷基三氯硅烷（分子式为C30H61-SiCl3）的有机/无机杂化超疏水涂料，该涂料的制备方法如下：
将1g三十烷基三氯硅烷在基底上喷涂成膜，将表面涂膜的基底置于2~5°的冷库中凝结至固体状，通入1mol/l的盐酸雾化气，反应12h，得到有机/无机杂化超疏水涂料，结果见表 1。
对比例1：
以1g十八烷基三甲氧基硅烷为前驱体，加入10mL四氢呋喃，1mol/L的盐酸水溶液0.2mL，搅拌12小时后在基底上喷涂成膜，一天后得到有机硅杂化涂膜，水接触角结果见表1。
表1杂化超疏水涂层水接触角测试结果
注：接触角测试采用德国 Data Physics 公司产 OCAAO 型全自动视频接触角测量仪，测量范围 0 ～ 180°，精确度为 0.1°，取平行测试三次的平均值。
由表1可以看出，本发明实施方式1至5中制备得到的有机/无机杂化超疏水涂料的水接触角在150°左右，超疏水效果较好；而按报导的文献J. Am. Chem. Soc. 1998, 120,4528 4529做的对比例1中的涂层的水接触角一般在 109°，超疏水效果不佳。
通过上述各实施方式制备出的有机/无机杂化超疏水涂料可以应用在防水防潮、自清洁、抗结冰等领域得到广泛应用。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种有机/无机杂化超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在25 ºC下，将分子式为X-SiR3的有机硅烷前驱体在基底上喷涂成膜；将具有涂膜的基底置于2~5ºC恒温密闭容器中，待涂膜凝固后通入预设浓度的盐酸雾化气反应预设时间，得到所述有机/无机杂化超疏水涂料；
在所述分子式为X-SiR3的有机硅烷前驱体中，式中的X为CnH2n+1的碳链基团，其中n为16、18、22或30；R为Cl、OCH3或OC2H5。
2.根据权利要求1所述的有机/无机杂化超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述盐酸的预设浓度为0.1mol/l~12mol/l。
3.根据权利要求1或2所述的有机/无机杂化超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述反应的预设时间为12~72h。
4.根据权利要求1或2所述的有机/无机杂化超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述基底为玻璃、硅片、马口铁、铝合金、聚碳酸酯或织布。
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