CN112898593A - 一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超疏水材料领域,具体涉及一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,本发明以疏水硅溶胶作为分散相,环氧树脂和固化剂在分散相中发生固化反应生成环氧树脂微球,得到环氧树脂微球悬浮液,该悬浮液利用离心的方式使颗粒间发生紧密堆积作用,未固化的环氧树脂溶液渗透于环氧颗粒间,在加热烘干的条件下发生固化,在环氧颗粒间起到粘结剂作用,提高了材料的机械强度。由环氧颗粒堆积产生的块状超疏水材料具有“表里如一”的特点,材料表面和内部疏水性能一致,当材料受到磨损、刮擦、切割等破坏时,超疏水性质不会破坏,大大提高了超疏水材料的使用寿命。本发明提供的超疏水材料具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐酸碱的优点。
Description
技术领域
本发明属于超疏水材料领域,具体涉及一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料。
背景技术
受“荷叶效应”的启发,超疏水材料的研究引起了研究者们极大的兴趣。超疏水材料在超疏水材料具有自清洁、防污、油水分离等多种潜在的功能,自清洁、防污、防腐、油水分离、抗结霜等领域具有潜在的应用价值。然而,超疏水材料存在机械耐久性差、化学稳定性低、无法大规模制备等问题而限制了这些材料的实际应用。
近年来,研究者们利用各种方法提高超疏水材料的耐久性能,包括引入超耐磨组分、自修复组分、高粘附组分、形状记忆组分、弹性组分等。大量的超疏水材料使用含氟的低表面能物质,不仅成本高,而且对环境有污染。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足,而提供一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料。
本发明所采取的技术方案如下:一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其制备过程包括以下步骤:
步骤一:正硅酸乙酯逐滴加入到无水乙醇中,搅拌均匀,加入六甲基二硅胺烷,在一定的搅拌速度下搅拌,最后逐滴加入去离子水,继续搅拌,得到纳米硅溶胶溶液;
步骤二:将环氧树脂和固化剂加入到纳米硅溶胶溶液中,使其溶解,反应得到环氧微球悬浮液;
步骤三:将环氧微球悬浮液放置于容器里,离心得到分层悬浮静置液;
步骤四:将分层悬浮静置液的上层清液和中层硅溶胶纳米颗粒分离出去,剩余的环氧微球堆积层放置于烘箱中,干燥得到无氟块状超疏水材料。
优选的,步骤一中,正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为1:10~1:15。
优选的,步骤一中,正硅酸乙酯和六甲基二硅胺烷为等体积。
优选的,步骤一中,去离子水和正硅酸乙酯的体积比是1:1~2:1。
优选的,步骤一中,搅拌速度均为600~800 rpm。
优选的,步骤二中,所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种。
优选的,步骤二中,所述固化剂为低分子量聚酰胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种。
优选的,步骤二中环氧树脂和固化剂的质量比为1:1~3:1。
优选的,步骤二中,环氧树脂和固化剂溶解温度为60~80 ℃。
优选的,步骤二中,反应在200~600 rpm的搅拌速度下搅拌。
优选的,步骤三中,离心速度为6000~10000 rpm。步骤三中离心所用的容器为能够用于离心机中高速离心的离心管,包括各种型号和大小的离心管,也可以为各种规格的细胞培养板。
本发明的有益效果如下:
1. 本发明选用耐酸碱、耐高温的环氧树脂作为原料来制备超疏水材料,制备过程没有用到任何含氟的低表面能物质,对环境友好。
2. 本发明提供的超疏水材料制备过程简单,无需复杂的仪器。
3. 由于环氧树脂本身具有强粘附性,在离心过程中,未固化的环氧树脂溶液渗透于环氧颗粒间,在加热烘干的条件下发生固化,从而起到粘结作用,颗粒间紧密接触,提高了超疏水材料的机械强度。
4. 环氧树脂还具有较好的耐化学性,以环氧树脂树脂作为原来制备得到的环氧颗粒也保留了原料树脂的优点,基于环氧微球的块状超疏水材料也具有良好的耐化学性。
5. 制备得到的环氧树脂颗粒具有疏水的性质,由环氧颗粒堆积产生的块状超疏水材料具有“表里如一”的特点,材料表面和内部疏水性能一致,当材料受到磨损、刮擦、切割等破坏时,超疏水性质不会破坏,大大提高了超疏水材料的使用寿命。
6. 现有技术中在制备表面微纳米结构的过程较为复杂,调控微纳米结构需要使用特殊的仪器设备,限制了这些材料大规模的制备和实际的应用,本发明操作简单,没有涉及复杂的仪器设备,仅利用离心机高速离心的特点,制备出机械性能优良的块状超疏水材料。综上所述,本方法制备的超疏水材料具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐酸碱的特性,可以满足实际应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为实施例1制备得到的块状超疏水材料的扫描电镜图;
图2为实施例1制备得到的块状超疏水材料砂纸磨损后的扫描电镜图;
图3为实施例1制备得到的块状超疏水材料的耐酸碱实验结果;
图4为实施例1制备得到的块状超疏水材料的热重实验结果;
图5为实施例2制备得到的块状超疏水材料的扫描电镜图;
图6为实施例2制备得到的块状超疏水材料砂纸磨损后的扫描电镜图;
图7为实施例2制备得到的块状超疏水材料的耐酸碱实验结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
(1)正硅酸乙酯1.0 ml逐滴加入到10 ml无水乙醇中,搅拌均匀,搅拌时间为10min,然后加入与1.0 ml六甲基二硅胺烷,在前述的搅拌速度下搅拌40 min,最后逐滴加入1.0 ml去离子水,继续搅拌3 h,得到纳米硅溶胶溶液。
(2)环氧树脂0.65 g和固化剂0.45 g加入到纳米硅溶胶溶液中,在60 ℃下溶解,然后在室温和500 rpm的搅拌速度下反应24h,纳米硅溶胶溶液作为分散相,环氧树脂固化后得到球形的环氧微球悬浮液。
(3)将环氧微球悬浮液放置于12孔板细胞培养板上,并置于离心机中,在8000 rpm的转述下高速离心5 min,得到分层悬浮静置液。
(4)将分层悬浮静置液的上层清液和中层硅溶胶纳米颗粒分离出去,剩余的环氧微球堆积层放置于烘箱中,60 ℃下,干燥12 h。
上述干燥后得到的是高硬度的块状超疏水材料,与水接触角为154.9°,滚动角5.3°。经过扫描电镜观察发现,制备得到的块状超疏水表面微结构为球形的环氧树脂微球密集堆积形成三维微纳米结构(图1)。在负重50 g条件下,用经过1000 CW的砂纸磨损3000cm后,只有微量的表面结构被磨损掉,材料仍然保持超疏水性质(图2),材料的保留率为98.5%,表明这种材料具有良好的耐磨损性能。耐酸碱实验发现(图3),强酸性溶液(pH=1)和强碱性溶液(pH=14)在这种块状超疏水表面保持球形,接触角为大于150°,滚动角小于10°,表明这种材料具有良好的耐酸碱性能。热重实验发现,当温度从室温升到150 ℃时,块状超疏水材料的质量基本恒定没有变化,说明在150 ℃下材料的性能是很稳定的;当温度升到345 ℃时,块状超疏水材料的质量仅仅降低了4.7%(图4)。综上所述,这种块状材料具有较好的耐磨损、耐酸碱以及耐高温性能。
实施例2
(1)正硅酸乙酯0.8 ml逐滴加入到10 ml无水乙醇中,搅拌均匀,搅拌时间为10min,然后加入与0.8 ml六甲基二硅胺烷,在前述的搅拌速度下搅拌40 min,最后逐滴加入1.0 ml去离子水,继续搅拌3 h,得到纳米硅溶胶溶液。
(2)环氧树脂0.65 g和固化剂0.65 g加入到纳米硅溶胶溶液中,在70 ℃下溶解,然后在室温和600 rpm的搅拌速度下反应24 h,纳米硅溶胶溶液作为分散相,环氧树脂固化后得到球形的环氧微球悬浮液。
(3)将环氧微球悬浮液放置于12孔板细胞培养板上,并置于离心机中,在9000 rpm的转述下高速离心5 min,得到分层悬浮静置液。
(4)将分层悬浮静置液的上层清液和中层硅溶胶纳米颗粒分离出去,剩余的环氧微球堆积层放置于烘箱中,60 ℃下,干燥12 h。
上述干燥后得到的是高硬度的块状超疏水材料,与水接触角为153.1°,滚动角6.7°。经过扫描电镜观察材料断面发现,制备得到的块状超疏水是由球形的环氧树脂微球密集堆积形成三维微纳米结构(图5)。在负重100 g条件下,经过1000 CW的砂纸磨损3000cm后,只有微量的表面结构被磨损掉,仍然保持超疏水性质(图6),材料的保留率为96.2%,表明这种材料具有良好的耐磨损性能。耐酸碱实验如图7所示,强酸性溶液(pH=1)和强碱性溶液(pH=14)在这种块状超疏水材料的断面上保持球形,接触角为大于150°,滚动角小于10°。因此,制备的块状超疏水材料具有良好的耐磨损性能和耐酸碱性能。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于其制备过程包括以下步骤:
步骤一:正硅酸乙酯逐滴加入到无水乙醇中,搅拌均匀,加入六甲基二硅胺烷,在一定的搅拌速度下搅拌,最后逐滴加入去离子水,继续搅拌,得到纳米硅溶胶溶液;
步骤二:将环氧树脂和固化剂加入到纳米硅溶胶溶液中,使其溶解,反应得到环氧微球悬浮液;
步骤三:将环氧微球悬浮液放置于容器里,离心得到分层悬浮静置液;
步骤四:将分层悬浮静置液的上层清液和中层硅溶胶纳米颗粒分离出去,剩余的环氧微球堆积层放置于烘箱中,干燥得到无氟块状超疏水材料。
2.根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤一中,正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为1:10~1:15。
3.根据权利要求1或2所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤一中,正硅酸乙酯和六甲基二硅胺烷为等体积。
4.根据权利要求1或2所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤一中,去离子水和正硅酸乙酯的体积比是1:1~2:1。
5. 根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤一中,搅拌速度均为600~800 rpm。
6.根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤二中,所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤二中,所述固化剂为低分子量聚酰胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种。
8.根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤二中环氧树脂和固化剂的质量比为1:1~3:1。
9. 根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤二中,环氧树脂和固化剂溶解温度为60~80 ℃。
10. 根据权利要求1所述的基于环氧微球的耐酸碱、耐磨损的无氟块状超疏水材料,其特征在于:步骤二中,反应在200~600 rpm的搅拌速度下搅拌。
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CN111662614A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-09-15 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种透明耐冲击超疏水涂层及其制备方法 |
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2021
- 2021-03-24 CN CN202110312787.5A patent/CN112898593A/zh active Pending
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