CN111701823A - 一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，使用该方法可以制备出耐一定机械摩擦的超疏水材料。该制备方法步骤如下：首先将树脂A、树脂B、树脂C溶于具有溶液A和溶液B的混合液A中，常温搅拌，得到原料A；随后将疏水二氧化硅粒子、助剂A和助剂B溶于溶液B中，超声，得到原料B；然后将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，再放入鼓风干燥箱中干燥，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水材料。与现有技术相比，本发明所制备的超疏水材料不仅具有超疏水性能，而且还具有良好的机械稳定性；制备工艺简单，有望实现大规模的工业化生产。

Description

一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法
技术领域
本发明涉及疏水材料技术领域，尤其涉及一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法。
背景技术
超疏水材料是指其表面与水的接触角大于150°、滚动角小于10°的一类特殊材料，由于其具有优异的性能(如拒水，防污等)，超疏水材料在人们日常生活及工业中有着广泛的应用，如自清洁、油水分离、防腐蚀、防污等。
通常，材料中构建超疏水表面可以通过以下两种方式实现：一是利用有机硅烷或者氟树脂等低表面能物质修饰粗糙表面，二是在疏水表面构造一定的粗糙度。当前，已经有很多关于超疏水材料制备的报道，如Chen等通过丙烯酸共聚物与有机硅的聚合反应制备出了水溶性的无机-有机复合超疏水膜，然后将其喷涂到基材上，经过80℃固化12h后制得超疏水材料[Journal of Materials Chemistry A,2017,5(20):9882-9890]。Wang等采用550℃热处理聚硅氧烷溶液，获得纳米级多孔粗糙超疏水表面[Acs Appl Mater Interfaces,2014,5(13):10014-10021]。
然而，目前大多数方法制备出来的超疏水材料表面结构不稳定，当遇到细微的外力摩擦时，其表面结构容易被破坏，导致材料表面的疏水性能降低，甚至失去疏水性能。因此，需要开发出一种具有良好的机械稳定性，能抵抗高强度机械磨损的超疏水材料的制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，旨在通过简单的工艺流程制备出具有一定机械稳定性的超疏水材料，能抵抗高强度机械磨损。
本发明采用如下技术方案实现：
一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：室温下，将树脂A、树脂B、树脂C溶于具有溶液A和溶液B的混合液A中，搅拌均匀，得到原料A；
S2：室温下，将疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B溶于溶液B中，超声分散，得到原料B；
S3：将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，再放入鼓风干燥箱中干燥，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水材料。
进一步地，在所述步骤S1中，搅拌时间为10min-30min。
进一步地，在所述步骤S2中，超声时间为20min-50min。
进一步地，在所述步骤S3中，干燥温度为100℃-200℃，干燥时间为5min-30min。
进一步地，所述树脂A、树脂B、树脂C分别选自酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯树脂、橡胶、热塑性丙烯酸树脂中的三种。
进一步地，所述溶液A、溶液B分别选自甲醇、乙醇、乙二醇、乙酸乙酯中的两种。
进一步地，所述树脂A、树脂B、树脂C的质量分数比为100：(2-5)：(0.9-2)。
进一步地，在所述步骤S1中，所述溶液A、溶液B的体积比为1：(0.5-1.5)。
进一步地，所述疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B的摩尔比为200：(0.8-1.5)：(0.5-2)。
进一步地，在所述步骤S2中，所述溶液B的体积为30mL-60mL。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过以树脂、疏水二氧化硅粒子、助剂、有机溶剂等物质配制而成，通过简单的混合、滚涂、干燥等工艺即可合成出一种具有良好机械稳定性的超疏水材料，且所用的原料中不含氟化物，较为绿色环保。
(2)本发明所获得的金属围蔽板疏水材料对水滴具有很好的疏水性能，水在其表面的接触角大于162.1°，滚动角小于0.3°。此外，将样品用50g的砝码压在320目的砂纸上，经过50次循环摩擦后，水滴在金属围蔽板疏水材料上的接触角为150.5°。进一步地，经过100次循环摩擦后，水滴在金属围蔽板疏水材料上的接触角仍大于149.1°。这说明本发明所制得的金属围蔽板疏水材料不仅具有超疏水性能，而且还具有良好的机械稳定性，能抵抗高强度的机械磨损。
(3)本发明通过原料简单的混合就能制备出超疏水材料，通过简单的滚涂工艺就能实现大面积的施工，合成条件简单，操作工艺简便，有利于实现大规模的工业化生产和大面积的施工。
附图说明
图1为本发明的超疏水材料通过滚涂工艺作用于金属围蔽板后与水滴的接触角图片；
图2为本发明的超疏水金属围蔽板材料经过100次循环摩擦后与水滴的接触角图片。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其包括如下步骤：
S1：室温下，将树脂A、树脂B、树脂C溶于具有溶液A和溶液B的混合液A中，搅拌均匀，得到原料A；
S2：室温下，将疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B溶于溶液B中，超声分散，得到原料B；
S3：将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，再放入鼓风干燥箱中干燥，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水材料。
其中，在所述步骤S1中，搅拌时间为10min-30min；在所述步骤S2中，超声时间为20min-50min；在所述步骤S3中，干燥温度为100℃-200℃，干燥时间为5min-30min。在所述步骤S2中，所述溶液B的体积为30mL-60mL。在所述步骤S1中，所述溶液A、溶液B的体积比为1：(0.5-1.5)。助剂A为氨基硅烷；助剂B为异丁基三乙氧基硅烷。
在其中一实施例中，所述树脂A、树脂B、树脂C分别选自酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯树脂、橡胶、热塑性丙烯酸树脂中的三种。可理解地，若树脂A为酚醛树脂，树脂B为聚甲基丙烯酸甲酯，则树脂C为聚丁二烯树脂、橡胶、热塑性丙烯酸树脂的中一种，或者，若树脂A为聚甲基丙烯酸甲酯，树脂B为聚丁二烯树脂，则树脂C为酚醛树脂、橡胶、热塑性丙烯酸树脂的中一种，或者，若树脂A为聚丁二烯树脂，树脂B为橡胶，则树脂C为酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性丙烯酸树脂的中一种，或者，若树脂A为橡胶，树脂B为热塑性丙烯酸树脂，则树脂C为酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯树脂的中一种，或者，若树脂A为热塑性丙烯酸树脂，树脂B为酚醛树脂，则树脂C为橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯树脂的中一种。
在其中一实施例中，所述溶液A、溶液B分别选自甲醇、乙醇、乙二醇、乙酸乙酯中的两种。可理解地，若溶液A为甲醇，则溶液B为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯中的一种，或者，若溶液A为乙醇，则溶液B为甲醇、乙二醇、乙酸乙酯中的一种，或者，若溶液A为乙二醇，则溶液B为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯中的一种，或者，若溶液A为乙酸乙酯，则溶液B为乙醇、乙二醇、甲醇中的一种。
在其中一实施例中，所述树脂A、树脂B、树脂C的质量分数比为100：(2-5)：(0.9-2)。所述疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B的摩尔比为200：(0.8-1.5)：(0.5-2)。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外，均可以通过购买方式获得。
实施例1
一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其包括如下步骤：
原料A的制备：室温下，将0.01g的聚甲基丙烯酸甲酯、0.005g的橡胶、0.1g的热塑性丙烯酸树脂溶于13mL的具有乙酸乙酯和无水乙醇的混合液A中，搅拌20min，得到原料A；
原料B的制备：室温下，将2g的疏水二氧化硅粒子、0.01g的氨基硅烷、0.02g的异丁基三乙氧基硅烷溶于48ml的无水乙醇中，超声分散30min，得到原料B；
具有良好机械稳定性的超疏水材料的制备：采用滚涂工艺，将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，即涂在原料A所形成的表面层上，再放入150℃的鼓风干燥箱中干燥20min，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水金属围蔽板材料。
其中，混合液A中的乙酸乙酯和无水乙醇的体积比为1：1.5。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2的一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法包括如下步骤：
原料A的制备：室温下，将0.02g的聚甲基丙烯酸甲酯、0.01g的橡胶、0.2g的热塑性丙烯酸树脂溶于13mL的具有乙酸乙酯和无水乙醇的混合液A中，搅拌20min，得到原料A；
原料B的制备：室温下，将1g的疏水二氧化硅粒子、0.01g的氨基硅烷、0.02g的异丁基三乙氧基硅烷溶于48ml的无水乙醇中，超声分散30min，得到原料B；
具有良好机械稳定性的超疏水材料的制备：采用滚涂工艺，将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，即涂在原料A所形成的表面层上，再放入150℃的鼓风干燥箱中干燥20min，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水金属围蔽板材料。
实施例3
与实施例1不同的是，实施例3的一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法包括如下步骤：
原料A的制备：室温下，将0.03g的聚甲基丙烯酸甲酯、0.02g的橡胶、0.3g的热塑性丙烯酸树脂溶于13mL的具有乙酸乙酯和无水乙醇的混合液A中，搅拌20min，得到原料A；
原料B的制备：室温下，将0.05g的疏水二氧化硅粒子、0.01g的氨基硅烷、0.01g的异丁基三乙氧基硅烷溶于48ml的无水乙醇中，超声分散30min，得到原料B；
具有良好机械稳定性的超疏水材料的制备：采用滚涂工艺，将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，即涂在原料A所形成的表面层上，再放入150℃的鼓风干燥箱中干燥20min，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水金属围蔽板材料。
以上实施例中，各材料不限于上述所述的组分，各材料还可以为本发明所记载的其它单个组分或者多种组分组成，并且各材料的组分份数不限于上述份数，各材料的组分份数还可以为本发明所记载的其它组分份数的组合，在此不再赘述。
以实施例1为代表，对本发明机械性能稳定的超疏水材料进行分析，其它实施例分析结果基本同实施例1，不一一提供。
所制得材料的超疏水性能：
采用中国东莞市普赛特检测设备有限公司生产的整体倾斜接触角测量仪对本发明实施例1的疏水性能进行表征。结果请查看图1和图2。
图1为本发明超疏水材料通过滚涂工艺作用于金属围蔽板后与水滴的接触角图片。从图1中可以看出，水在金属围蔽板材料表面的接触角为162.1°，大于150°，说明材料具有超疏水性能。
图2为超疏水金属围蔽板材料经过100次循环摩擦后与水滴的接触角图片。从图2中可以看出，水在金属围蔽板材料表面的接触角为149.1°，仍具有很好的疏水性能，说明制备的材料具良好的机械稳定性，能抵抗高强度的机械磨损。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：室温下，将树脂A、树脂B、树脂C溶于具有溶液A和溶液B的混合液A中，搅拌均匀，得到原料A；
S2：室温下，将疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B溶于溶液B中，超声分散，得到原料B；
S3：将原料A滚涂在金属围蔽板上，待表面稍干后，将原料B滚涂在上述金属围蔽板的涂有原料A的表面，再放入鼓风干燥箱中干燥，冷却后即得具有良好机械稳定性的超疏水材料。
2.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，搅拌时间为10min-30min。
3.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，超声时间为20min-50min。
4.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，干燥温度为100℃-200℃，干燥时间为5min-30min。
5.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述树脂A、树脂B、树脂C分别选自酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁二烯树脂、橡胶、热塑性丙烯酸树脂中的三种。
6.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述溶液A、溶液B分别选自甲醇、乙醇、乙二醇、乙酸乙酯中的两种。
7.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述树脂A、树脂B、树脂C的质量分数比为100：(2-5)：(0.9-2)。
8.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述溶液A、溶液B的体积比为1：(0.5-1.5)。
9.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅粒子、助剂A、助剂B的摩尔比为200：(0.8-1.5)：(0.5-2)。
10.根据权利要求1所述的具有良好机械稳定性超疏水材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述溶液B的体积为30mL-60mL。
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