CN110540765A - 一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超双疏材料制备领域，涉及一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法。本发明包括花状二氧化钛微粒的制备，多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒的制备，低表面能物质的修饰，喷涂制备涂层步骤。该超双疏涂层具备良好的稳定性能，对正辛烷的接触角大于150°，滚动角小于10°，且对于生活中的常见水系和油系液体也具有极好的抗浸润能力。制备的涂层后表现出了很好的机械稳定性和化学稳定性。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备和应用，既适用于日常生活中的应用，同时也适用于原油运输等领域。
Description
技术领域
本发明属于超双疏制备技术领域，涉及耐磨超双疏涂层的制备方法，特别涉及一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法。
背景技术
近几十年来，超双疏表面对多种固体-液体界面都有着很大接触角(>150°)和较小的滑动角(<10°)的特性，已经引起了相当大的兴趣在研究和工业应用等领域，包括防污、抗腐蚀,燃料运输、气体吸附、操纵液体等。制备超双疏表面通常结合了更精细的多层结构设计(如悬挂结构、蜡烛结构、凹角结构等)与极低表面能物质(例如含有氟的化合物)从而获得普遍的高液体排斥性。基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的超双疏涂层，通过结合花状二氧化钛的精细结构和二氧化硅良好的机械稳定性，后用低表面能物质修饰使其同时具有良好的超双疏性和优异的机械稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产耐磨超双疏涂层的方法，解决了超双疏材料制备步骤繁杂，耐候性差，实用性低，耐磨性差的问题。
实现本发明目的的技术方案是：一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.花状二氧化钛微粒的制备：采用无模板溶剂热法合成层次状花状二氧化钛纳米粒子，在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇和甘油按体积比3:1混合，滴加2-6ml的钛酸正丁酯，搅拌10min，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中后密封，180-220℃保温24-30小时，自然冷却至室温后，在7000rpm离心后收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤3-4次，白色沉淀物在完全干燥后，在400-500℃空气中煅烧2-5小时，得到花状二氧化钛颗粒；
B.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备超双疏二氧化硅纳米颗粒包裹的二氧化钛复合颗粒，将一定量的A中制备的花状二氧化钛颗粒加入乙醇和氨水的混溶液中，其中乙醇溶液和氨水的体积比为25:1，将混合溶液在室温下搅拌、超声10-20min后得到均匀的溶液，然后将一定量的正硅酸乙酯滴入搅拌好的混合溶液中，充分搅拌后，将混合溶液加热至80℃，保持1-5小时，然后通过离心，用无水乙醇洗涤3次，完全干燥后，得到灰白色多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒；
C.低表面能物质的修饰：将全氟辛基三氯硅烷溶解在无水乙醇溶液中，其中全氟辛基三氯硅烷按照溶剂体积的1-3％添加，得到修饰液，将0.8-1.2g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末，将白色粉末放置在80-100℃真空烘箱中干燥2-4小时后，得到白色超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒粉末；
D.喷涂制备涂层：所有待喷涂底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，一定温度烘干后使用，首先通过常规无机粘结剂的合成方法，制备磷酸铝(AP)粘结剂，通过加入去离子水，将质量分数85％磷酸H3PO4稀释至60％，然后将氢氧化铝Al(OH)3粉末加入60％磷酸H3PO4溶液中，其中氢氧化铝Al(OH)3和磷酸H3PO4摩尔比为1：3，在100℃下，搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂，将磷酸铝(AP)粘结剂分散于去离子水中，按照每1ml水加入0.4g磷酸铝粘接剂的比例，搅拌5分钟，超声10-15min后，得到溶液a；同时，将一定量步骤C制备的超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒粉末溶解于一定量无水乙醇中，按照每15ml无水乙醇加入1g粉末的比例，搅拌5min，超声10-15min后，得到溶液b；然后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60-80℃干燥5-15min，然后，再将溶液b喷涂到基底表面，将以上操作溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂反复进行3-6次，最后，为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将基底置于烘箱中，在120-200℃下连续加热3-5小时，得到耐磨的超双疏涂层。
进一步的，步骤B中，一定量的花状二氧化钛颗粒用量克数为乙醇和氨水混合溶液的体积百分数的2％，乙醇溶液和氨水的体积之比为25:1。
进一步的，步骤B中，一定量的正硅酸乙酯用量为乙醇和氨水溶液体积的5％。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.工艺简单，原料易得，成本低廉；
2.制备的超双疏涂层具有优异的机械稳定性和化学稳定性；
3.制备的超双疏涂层具有良好的润湿特性，对大部分水和油的接触角大于150°，滚动角小于10°。
附图说明
图1：实施例1所得花状二氧化钛微粒、多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒的扫描电镜和透射电镜图形貌；
图2：实施例2所得超双疏涂层的润湿性表现和原始玻璃片基底及超双疏涂层的扫描电镜图，其中图c)为原始基底的10000倍下的形貌，图d)为超双疏涂层的10000倍和50000倍下的形貌，图a)和b)是原始玻片和涂层对各种液体的润湿性情况。
图3：实施例3所得超双疏涂层对不同液体的抗污实验图片；
图4：实施例4所得超双疏涂层的耐磨性实验，其中图a)为超双疏涂层进行耐磨实验的照片，图b)和c)是进行100次磨损实验的前后扫描电镜的对照图，其中图b1)和c1)为横截面。
图5：实施例5所得超双疏涂层的抗腐蚀实验。其中图a),b),c)是将涂层放入pH值为1，7，14的溶液的情况，d)为放入沸水的情况。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1
1.花状二氧化钛微粒的制备：采用典型的无模板溶剂热法合成了层次状花状二氧化钛纳米粒子。在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇(45ml)和甘油(15ml)按体积比3:1混合。滴加TBT(2ml)，搅拌10min，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中，密封，180℃保温30小时。自然冷却至室温后，以7000rpm离心5分钟收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤3次。白色沉淀物在60℃完全干燥后，在400℃空气中煅烧5小时，得到花状二氧化钛微粒。
2.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备了超疏水性二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。本方法将A中制备的花状二氧化钛纳米颗粒(1g)加入乙醇(50ml)和氨水(2ml)的混合物中，体积比为25:1。为了形成均匀的溶液，将混合物搅拌10分钟，室温下超声10分钟。然后将正硅酸乙酯(2ml)滴入搅拌好的混合物中。磁搅拌24小时后，将混合物加热至80℃，保持1小时。然后以7000rpm离心5分钟，用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。
3.低表面能物质修饰：用全氟辛基三氯硅烷(按照溶剂体积的1％添加)在无水乙醇溶液中对产物进行修饰。将0.8g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末。将白色粉末放置在80℃真空烘箱中干燥4小时，得到超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末。
4.通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末进行了观察，如图1。
实施例2
1.花状二氧化钛微粒的制备：采用典型的无模板溶剂热法合成了层次状花状二氧化钛纳米粒子。在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇(45ml)和甘油(15ml)按体积比3:1混合。滴加TBT(3ml)，搅拌10分钟，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中，密封，190℃保温28小时。自然冷却至室温后，以7000rpm离心5分钟收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤3次。白色沉淀物在60℃完全干燥后，在425℃空气中煅烧4小时，得到花状二氧化钛微粒。
2.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备了超疏水性二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。本方法将A中制备的花状二氧化钛纳米颗粒(2g)加入乙醇(75ml)和氨水(3ml)的混合物中，体积比为25:1。为了形成均匀的溶液，将混合物搅拌10分钟，室温下超声10分钟。然后将正硅酸乙酯(3ml)滴入搅拌好的混合物中。磁搅拌24小时后，将混合物加热至80℃，保持2小时。然后以7000rpm离心5分钟，用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。
3.低表面能物质修饰：用全氟辛基三氯硅烷(按照溶剂体积的2％添加)在无水乙醇溶液中对产物进行修饰。将0.9g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末将白色粉末放置在90℃真空烘箱中干燥3小时，得到超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末。
4.喷涂制备涂层：所有底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，60℃烘干后使用。首先通过常规无机粘结剂的合成，制备了磷酸铝粘结剂。加入去离子水，将85％磷酸(H3PO4)稀释至60％。然后将氢氧化铝(Al(OH)3)加入60％磷酸(H3PO4)中，氢氧化铝(Al(OH)3)和磷酸(H3PO4)摩尔比为1：3，在100℃下搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂。将制备的磷酸铝粘结剂(2g)分散于5ml去离子水中，搅拌5分钟，室温超声10分钟，得到溶液a。同时，将步骤3中制备的粉体(1g)溶解于无水乙醇(15ml)中搅拌5min，超声15min后，得到溶液b。随后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60℃干燥15分钟，然后,再将溶液b喷涂到基底表面，反复进行以上操作(溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂)3次。为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将试样置于烘箱中，在120℃下连续加热5小时。最后得到超双疏涂层。
5.对超双疏涂层进行润湿性测试，将不同液体滴到超双疏涂层表面，测试其接触角和滑动角，如图2。
实施例3
1.花状二氧化钛微粒的制备：采用典型的无模板溶剂热法合成了层次状花状二氧化钛纳米粒子。在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇(45ml)和甘油(15ml)按体积比3:1混合。滴加TBT(4ml)，搅拌10分钟，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中，密封，200℃保温26小时。自然冷却至室温后，以7000rpm离心5分钟收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤4次。白色沉淀物在60℃完全干燥后，在450℃空气中煅烧3小时，得到花状二氧化钛微粒。
2.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备了超疏水性二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。本方法将A中制备的花状二氧化钛纳米颗粒(3g)加入乙醇(100ml)和氨水(4ml)的混合物中，体积比为25:1。为了形成均匀的溶液，将混合物搅拌10分钟，室温下超声10分钟。然后将正硅酸乙酯(4ml)滴入搅拌好的混合物中。磁搅拌24小时后，将混合物加热至80℃，保持3小时。然后以7000rpm离心5分钟，用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。
3.低表面能物质修饰：用全氟辛基三氯硅烷(按照溶剂体积的3％添加)在无水乙醇溶液中对产物进行修饰。将1g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末。将白色粉末放置在100℃真空烘箱中干燥3小时，得到超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末。
4.喷涂制备涂层：所有底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，60℃烘干后使用。首先通过常规无机粘结剂的合成，制备了磷酸铝粘结剂。加入去离子水，将85％磷酸(H3PO4)稀释至60％。然后将氢氧化铝(Al(OH)3)加入60％磷酸(H3PO4)中，氢氧化铝(Al(OH)3)和磷酸(H3PO4)摩尔比为1：3，在100℃下搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂。将制备的磷酸铝粘结剂(2.4g)分散于6ml去离子水中，搅拌5分钟，室温超声15min，得到溶液a。同时，将步骤3中制备的粉体(2g)溶解于无水乙醇(30ml)中，搅拌5min，超声15min后，得到溶液b。随后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60℃干燥15分钟，然后,再将溶液b喷涂到基底表面，反复进行以上操作(溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂)4次。为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将试样置于烘箱中，在140℃下连续加热4小时。最后得到超双疏涂层。
5.对超双疏涂层表面进行抗污测试，如图3。
实施例4
1.花状二氧化钛微粒的制备：采用典型的无模板溶剂热法合成了层次状花状二氧化钛纳米粒子。在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇(45ml)和甘油(15ml)按体积比3:1混合。滴加TBT(5ml)，搅拌10分钟，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中，密封，210℃保温24小时。自然冷却至室温后，以7000rpm离心5分钟收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤3次。白色沉淀物在60℃完全干燥后，在475℃空气中煅烧2小时，得到花状二氧化钛微粒。
2.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备了超疏水性二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。本方法将A中制备的花状二氧化钛纳米颗粒(4g)加入乙醇(125ml)和氨水(5ml)的混合物中，体积比为25:1。为了形成均匀的溶液，将混合物搅拌10分钟，室温下超声10分钟。然后将正硅酸乙酯(5ml)滴入搅拌好的混合物中。磁搅拌24小时后，将混合物加热至80℃，保持4小时。然后以7000rpm离心5分钟，用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。
3.低表面能物质修饰：用全氟辛基三氯硅烷(按照溶剂体积的3％添加)在无水乙醇溶液中对产物进行修饰。将1.1g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末。将白色粉末放置在90℃真空烘箱中干燥4小时，得到超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末。
4.喷涂制备涂层：所有底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，60℃烘干后使用。首先通过常规无机粘结剂的合成，制备了磷酸铝粘结剂。加入去离子水，将85％磷酸(H3PO4)稀释至60％。然后将氢氧化铝(Al(OH)3)加入60％磷酸(H3PO4)中，氢氧化铝(Al(OH)3)和磷酸(H3PO4)摩尔比为1：3，在100℃下搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂。将制备的磷酸铝粘结剂(2.8g)分散于7ml去离子水中，搅拌5分钟，室温超声10分钟，得到溶液a。同时，将步骤3中制备的粉体(3g)溶解于无水乙醇(45ml)中搅拌5min，超声15min后，得到溶液b。随后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60℃干燥15分钟，然后,再将溶液b喷涂到基底表面，反复进行以上操作(溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂)5次。为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将试样置于烘箱中，在170℃下连续加热3小时。最后得到超双疏涂层。
5.对超双疏涂层进行砂纸耐磨实验，如图4。
实施例5
1.花状二氧化钛微粒的制备：采用典型的无模板溶剂热法合成了层次状花状二氧化钛纳米粒子。在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇(45ml)和甘油(15ml)按体积比3:1混合。滴加TBT(6ml)，搅拌10分钟，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中，密封，180℃保温24小时。自然冷却至室温后，以7000rpm离心5分钟收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤4次。白色沉淀物在60℃完全干燥后，在500℃空气中煅烧2小时，得到花状二氧化钛微粒。
2.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备了超疏水性二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。本方法将A中制备的花状二氧化钛纳米颗粒(5g)加入乙醇(250ml)和氨水(10ml)的混合物中，体积比为25:1。为了形成均匀的溶液，将混合物搅拌10分钟，室温下超声10分钟。然后将正硅酸乙酯(6ml)滴入搅拌好的混合物中。磁搅拌24小时后，将混合物加热至80℃，保持5小时。然后以7000rpm离心5分钟，用无水乙醇洗涤3次，60℃干燥12小时，得到多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒。
3.低表面能物质修饰：用全氟辛基三氯硅烷(按照溶剂体积的3％添加)在无水乙醇溶液中对产物进行修饰。1.2g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末。将白色粉末放置在80℃真空烘箱中干燥5小时，得到超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒粉末。
4.喷涂制备涂层：所有底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，60℃烘干后使用。首先通过常规无机粘结剂的合成，制备了磷酸铝粘结剂。加入去离子水，将85％磷酸(H3PO4)稀释至60％。然后将氢氧化铝(Al(OH)3)加入60％磷酸(H3PO4)中，氢氧化铝(Al(OH)3)和磷酸(H3PO4)摩尔比为1：3，在100℃下搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂。将制备的磷酸铝粘结剂(3.2g)分散于8ml去离子水中，搅拌5分钟，室温超声10分钟，得到溶液a。同时，将步骤3中制备的粉体(4g)溶解于无水乙醇(60ml)中搅拌5分钟，超声15分钟后，得到溶液b。随后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60℃干燥15分钟，然后，再将溶液b喷涂到基底表面,反复进行以上操作(溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂)6次。为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将试样置于烘箱中，在200℃下连续加热3小时。最后得到超双疏涂层。
5.对超双疏涂层进行抗腐蚀实验，如图5。
本发明包括花状二氧化钛微粒的制备，多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒的制备，低表面能物质的修饰，喷涂制备涂层等步骤。该超双疏涂层具备良好的稳定性能，对正辛烷的接触角大于150°，滚动角小于10°，且对于生活中的常见水系和油系液体也具有极好的抗浸润能力。制备的涂层后表现出了很好的机械稳定性和化学稳定性。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备和应用，既适用于日常生活中的应用，同时也适用于原油运输等领域。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.花状二氧化钛微粒的制备：采用无模板溶剂热法合成层次状花状二氧化钛纳米粒子，在此过程中，通过室温磁搅拌，将无水乙醇和甘油按体积比3:1混合，滴加2-6ml的钛酸正丁酯，搅拌10min，转移到内衬四氟乙烯的不锈钢高压釜中后密封，180-220℃保温24-30小时，自然冷却至室温后，在7000rpm离心后收集白色沉积物，用无水乙醇洗涤3-4次，白色沉淀物在完全干燥后，在400-500℃空气中煅烧2-5小时，得到花状二氧化钛颗粒；
B.多层次二氧化硅包裹二氧化钛复合颗粒的制备：采用改进的斯托伯法制备超双疏二氧化硅纳米颗粒包裹的二氧化钛复合颗粒，将一定量的A中制备的花状二氧化钛颗粒加入乙醇和氨水的混溶液中，其中乙醇溶液和氨水的体积比为25:1，将混合溶液在室温下搅拌、超声10-20min后得到均匀的溶液，然后将一定量的正硅酸乙酯滴入搅拌好的混合溶液中，充分搅拌后，将混合溶液加热至80℃，保持1-5小时，然后通过离心，用无水乙醇洗涤3次，完全干燥后，得到灰白色多层次二氧化钛/二氧化硅复合颗粒；
C.低表面能物质的修饰：将全氟辛基三氯硅烷溶解在无水乙醇溶液中，其中全氟辛基三氯硅烷按照溶剂体积的1-3％添加，得到修饰液，将0.8-1.2g的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒加入修饰液中，在室温下搅拌20min后，在7000rpm离心，得到白色粉末，将白色粉末放置在80-100℃真空烘箱中干燥2-4小时后，得到白色超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒粉末；
D.喷涂制备涂层：所有待喷涂底物分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，一定温度烘干后使用，首先通过常规无机粘结剂的合成方法，制备磷酸铝(AP)粘结剂，通过加入去离子水，将质量分数85％磷酸H3PO4稀释至60％，然后将氢氧化铝Al(OH)3粉末加入60％磷酸H3PO4溶液中，其中氢氧化铝Al(OH)3和磷酸H3PO4摩尔比为1：3，在100℃下，搅拌3小时，得到磷酸铝(AP)粘结剂，将磷酸铝(AP)粘结剂分散于去离子水中，按照每1ml水加入0.4g磷酸铝粘接剂的比例，搅拌5分钟，超声10-15min后，得到溶液a；同时，将一定量步骤C制备的超双疏的二氧化钛/二氧化硅复合颗粒粉末溶解于一定量无水乙醇中，按照每15ml无水乙醇加入1g粉末的比例，搅拌5min，超声10-15min后，得到溶液b；然后，先运用旋涂的方法将溶液a均匀涂敷在基底上，在60-80℃干燥5-15min，然后，再将溶液b喷涂到基底表面，将以上操作溶液a旋涂、干燥、溶液b喷涂反复进行3-6次，最后，为了实现涂层与基底之间的交联和固化，将基底置于烘箱中，在120-200℃下连续加热3-5小时，得到耐磨的超双疏涂层。
2.如权利要求1所述的一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法，其特征在于：步骤B中，一定量的花状二氧化钛颗粒用量克数为乙醇和氨水混合溶液的体积百分数的2％，乙醇溶液和氨水的体积之比为25:1。
3.如权利要求1所述的一种基于二氧化钛/二氧化硅复合纳米颗粒的耐磨超双疏涂层制备方法，其特征在于：步骤B中，一定量的正硅酸乙酯用量为乙醇和氨水溶液体积的5％。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111844950A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 佛山金兰铝厂有限公司 | 一种建筑用的铝合金模板及其制备方法 |
| CN112760643A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-05-07 | 健康力（北京）医疗科技有限公司 | 用于ct球管液态金属轴承的复合隔热涂层及其制备方法 |
| CN113564747A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-29 | 南京工业大学 | TiO2核壳纳米粒子复合红外吸收纤维的制备方法 |
| CN113717552A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-30 | 东南大学 | 一种含改性二氧化硅纳米颗粒聚集体的复合涂料及其制法和应用 |
| CN115161723A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-11 | 锦矽半导体(上海)有限公司 | 一种复合电镀镍液的制备方法 |
| CN115572406A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-06 | 常州大学 | 双层微纳结构超双疏聚酰胺酰亚胺复合薄膜及其制备方法 |
| CN115779872A (zh) * | 2022-07-19 | 2023-03-14 | 湖南文理学院 | 一种基于紫外光响应的超双疏钛基材料及其制备方法和应用 |
| CN116376406A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 西南石油大学 | 一种TiO2/H-SiO2/EP超疏水复合涂层及其制备方法和应用 |
| CN116496646A (zh) * | 2022-01-18 | 2023-07-28 | 苏州大学 | 一种超疏水光热涂层、其制备方法和应用 |
| CN118307699A (zh) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 龙朴科技(衢州)有限公司 | 一种利用纳米技术改善uhmwpe性能的淤浆法并联工艺 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100823895B1 (ko) * | 2006-12-27 | 2008-04-21 | 한국과학기술원 | 서로 다른 크기의 무기물 입자를 포함하는 초소수성코팅필름, 코팅조성물 및 코팅층의 형성방법 |
| CN105820605A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-08-03 | 湖北大学 | 一种基于花状二氧化钛纳米颗粒的普适性超双疏纳米涂层的制备方法 |
| CN106433337A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-22 | 张静 | 一种自清洁水性氟碳涂料的制备方法 |
| CN106590385A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-04-26 | 天长市银狐漆业有限公司 | 一种自清洁防污有机无机超双疏聚合物涂料 |
-
2019
- 2019-10-06 CN CN201910946632.XA patent/CN110540765A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100823895B1 (ko) * | 2006-12-27 | 2008-04-21 | 한국과학기술원 | 서로 다른 크기의 무기물 입자를 포함하는 초소수성코팅필름, 코팅조성물 및 코팅층의 형성방법 |
| CN105820605A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-08-03 | 湖北大学 | 一种基于花状二氧化钛纳米颗粒的普适性超双疏纳米涂层的制备方法 |
| CN106433337A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-22 | 张静 | 一种自清洁水性氟碳涂料的制备方法 |
| CN106590385A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-04-26 | 天长市银狐漆业有限公司 | 一种自清洁防污有机无机超双疏聚合物涂料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MINGMING LIU等: "Inorganic adhesives for robust，self-healing superhydrophobic surfaces", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
| 江鹏飞: "多功能超疏水材料的制备与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ι辑》 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111844950A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-10-30 | 佛山金兰铝厂有限公司 | 一种建筑用的铝合金模板及其制备方法 |
| CN112760643A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-05-07 | 健康力（北京）医疗科技有限公司 | 用于ct球管液态金属轴承的复合隔热涂层及其制备方法 |
| CN112760643B (zh) * | 2020-11-11 | 2022-07-05 | 健康力（北京）医疗科技有限公司 | 用于ct球管液态金属轴承的复合隔热涂层及其制备方法 |
| CN113564747B (zh) * | 2021-06-25 | 2022-10-28 | 南京工业大学 | TiO2核壳纳米粒子复合红外吸收纤维的制备方法 |
| CN113564747A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-29 | 南京工业大学 | TiO2核壳纳米粒子复合红外吸收纤维的制备方法 |
| CN113717552A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-30 | 东南大学 | 一种含改性二氧化硅纳米颗粒聚集体的复合涂料及其制法和应用 |
| CN113717552B (zh) * | 2021-07-14 | 2022-08-26 | 东南大学 | 一种含改性二氧化硅纳米颗粒聚集体的复合涂料及其制法和应用 |
| CN116496646A (zh) * | 2022-01-18 | 2023-07-28 | 苏州大学 | 一种超疏水光热涂层、其制备方法和应用 |
| CN115161723A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-10-11 | 锦矽半导体(上海)有限公司 | 一种复合电镀镍液的制备方法 |
| CN115779872A (zh) * | 2022-07-19 | 2023-03-14 | 湖南文理学院 | 一种基于紫外光响应的超双疏钛基材料及其制备方法和应用 |
| CN115572406A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-06 | 常州大学 | 双层微纳结构超双疏聚酰胺酰亚胺复合薄膜及其制备方法 |
| CN115572406B (zh) * | 2022-11-07 | 2023-06-20 | 常州大学 | 双层微纳结构超双疏聚酰胺酰亚胺复合薄膜及其制备方法 |
| CN116376406A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-04 | 西南石油大学 | 一种TiO2/H-SiO2/EP超疏水复合涂层及其制备方法和应用 |
| CN116376406B (zh) * | 2023-06-05 | 2024-02-09 | 西南石油大学 | 一种TiO2/H-SiO2/EP超疏水复合涂层及其制备方法和应用 |
| CN118307699A (zh) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 龙朴科技(衢州)有限公司 | 一种利用纳米技术改善uhmwpe性能的淤浆法并联工艺 |
| CN118307699B (zh) * | 2024-06-07 | 2024-09-03 | 龙朴科技(衢州)有限公司 | 一种利用纳米技术改善uhmwpe性能的淤浆法并联工艺 |
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