RU2763891C1 - Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств - Google Patents

Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств Download PDF

Info

Publication number
RU2763891C1
RU2763891C1 RU2021105961A RU2021105961A RU2763891C1 RU 2763891 C1 RU2763891 C1 RU 2763891C1 RU 2021105961 A RU2021105961 A RU 2021105961A RU 2021105961 A RU2021105961 A RU 2021105961A RU 2763891 C1 RU2763891 C1 RU 2763891C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
properties
composition
coating
superhydrophobic
hydrophobic
Prior art date
Application number
RU2021105961A
Other languages
English (en)
Inventor
Юлия Юрьевна Снежкова
Андрей Владимирович Блинов
Алексей Борисович Голик
Анастасия Александровна Блинова
Алексей Алексеевич Гвозденко
Давид Гурамиевич Маглакелидзе
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority to RU2021105961A priority Critical patent/RU2763891C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2763891C1 publication Critical patent/RU2763891C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/18—Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано для предотвращения обледенения и загрязнения металлических изделий, таких как линии электропередач, фермовые конструкции и крыши. Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств содержит в качестве структурообразователей тетраэтоксисилан и тетраизопропилат титана, в качестве гидрофобного компонента – гексаметилдисилазан и изопропиловый спирт в качестве растворителя. Для интенсификации роста анизотропных структур в композицию включен несферический нанокристаллический диоксид титана с размерами частиц от 10 до 50 нм. Технический результат заключается в увеличении краевого угла смачивания покрытия, что позволяет повысить гидрофобные свойства композиции. 3 ил., 3 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области химии, химического синтеза, к химической технологии получения композиций, придающих обрабатываемым поверхностям, материалам супергидрофобные свойства, с целью повышения эксплуатационных и функциональных характеристик, которые найдут широкое применение в различных областях - в энергетике, электронике, машиностроении, строительстве, судостроительстве, авиационной и аэрокосмической, а также пищевой и лакокрасочной промышленности. Особенностью изобретения является интенсификация процесса роста анизотропных структур, благодаря добавлению в реакционную массу нанокристаллического диоксида титана, для формирования определенной шероховатости с целью придания поверхности супергидрофобных свойств.
Уровень техники
Изменение климата за последние десятилетия привело к увеличению количества различных областей и территорий со значительными суточными перепадами температур. Это, в свою очередь, способствовало учащению случаев обледенения и загрязнения изделий, конструкций и сооружений различной природы (металлических, стеклянных, деревянных и других), например, линий электропередач, фермовых конструкций, крыш и других. При небольшом морозе, в условиях мягкой зимы, на поверхность материалов и изделий оседают капельки тумана или дождя, которые замерзая, формируют плотную ледяную «шубу». В результате, например, провода рвутся, а опоры линий электропередач ломаются.
Возможность формирования водной прослойки на поверхности материала напрямую зависит от наличия гидрофильных или гидрофобных свойств поверхности. С целью защиты и повышения износостойкости поверхности необходимо придание поверхности гидрофобных или супергидрофобных свойств, минимизировав контакт воды с поверхностью материала. Супергидрофобность - уникальное свойство материалов, характеризующееся полной несмачиваемостью поверхности жидкостями. В настоящее время сделаны первые шаги в разработке композиции на основе оксидных наноструктур для придания супергидрофобных свойств различным поверхностям [1-4]. Данные покрытия обладают уникальными физико-химическими и структурно-механическими свойствами, поэтому разработка материалов с супергидрофобными свойствами и их применение в промышленности и повседневной жизни является актуальным вопросом.
Для получения долговечных защитных супергидрофобных покрытий используются в основном различные оксидные материалы, способные формировать анизотропные структуры [2-4]. Применение данных соединений обусловлено тем, что на поверхности создается определенная наноструктура заданной морфологии, что позволяет обеспечить больший краевой угол смачивания между поверхностью и жидкостью.
Композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств смогут найти применение в различных областях энергетики, медицины, автомобильной и пищевой промышленностей, судостроения и многом другом.
Так, известна композиция для получения супергидрофобного покрытия (См. пат.RU №2564357 C2, опубл. 27.09.2015, Бюл. №27). Композиция для получения супергидрофобного покрытия относится к области строительства и предназначена для защиты строительных конструкций, фасадов сооружений, транспортных средств, составных частей оборудования, одежды, бытовой керамики и других твердых или мягких поверхностей от смачивания водой, за счет образования на поверхности высокого поверхностного натяжения.
Композиция для получения супергидрофобного покрытия на основе метиацетата включает в себя стирол-акриловую смолу Neocryl В-880 в качестве связующего, гидрофобный пирогенный оксид кремния Aerosil R972 и метилацетат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Стирол-акриловая смола 0,7
Гидрофобный пирогенный оксид кремния 2
Метилацетат 97,3
Основным компонентом композиции является метилацетат (C3H6O2) который, являясь универсальным растворителем для нитроцеллюлозы, высыхающих пленок, этилцеллюлозы, пигментов, смол, красок, полиэфирных лаков, полимеров, используется в качестве сырья в промышленных синтезах, в производстве композиций лаков, красок, клеев, пятновыводителей, автокосметических средств, шпатлевок, обладает цепкими липучими свойствами практически в отношении большинства строительных материалов.
Оксид кремния - как гидрофобизирующий компонент является структурообразователем композиции, улучшает и придает текучесть порошкам, сгущает водостойкую систему, образуя микро- и наноразмерные шероховатости покрытия, для улучшения и придания текучести порошкам. Важными свойствами аэросила являются высокая чистота, а также беспористость и большая удельная поверхность, благодаря чему связываются большие количества жидкости. Вместе с тем, превышение его массовой доли более 2% изменило бы свойства поверхности в худшую сторону, т.к. создается скелетная структура, которая вызывает сгущение композиции, что при механическом воздействии на поверхность разрушается. Степень разрушения зависит от вида и продолжительности воздействия. Уменьшение массовой доли аэросила менее 2% наоборот уменьшило бы сгущающее действие аэросила и, как следствие, уменьшение числа величины первичных частиц, что также сказалось бы на температурной стабильности установленной вязкости.
Стирол-акриловая смола Neocryl В-880 в композиции выступает связующим элементом и служит для повышения прочности покрытия.
Приготовление композиции осуществляется в следующем порядке. В раствор метилацетата при постоянном помешивании постепенно всыпается порошок акрила, который перемешивается до полного растворения, пока раствор не станет прозрачным. Затем таким же образом засыпается оксид кремния, при этом не допускается образование комков и осадков. Допускается помутнение дисперсии. Работы по получению композиции необходимо проводить в условиях приточно-вытяжной вентиляции. После нанесения композиции на обрабатываемую поверхность время полного высыхания на поверхности составляет 20 - 30 мин. После чего изделие можно эксплуатировать.
Недостаток данной композиция для получения супергидрофобного покрытия состоит в возможности образования комков вследствие добавления порошкообразных компонентов, получение непрозрачных покрытий и длительный процесс высыхания, что ограничивает возможность их применения.
Известен способ получения супергидрофобной противообрастающей эмали с углеродным нановолокном (См. пат.RU №2441045 С1, опубл. 27.01.2012, Бюл. №3). Изобретение относится к покрытиям для защиты от коррозии и обрастания изделий морской техники гидросооружений, энергетических установок и касается способа получения супергидрофобной противообрастающей эмали с углеродным нановолокном. Способ получения супергидрофобной противообрастающей эмали, заключается в том, что в состав эмали входят силикон эпоксидная гибридная смола, отверждаемая аминосиланом, пигменты и наполнители, поверхностно-активное вещество, нанодисперсный оксид кремния, вспомогательные вещества (деаэратор, добавка для розлива) и растворитель, отличающийся тем, что состав эмали дополнительно содержит углеродное нановолокно и фторсилан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Силикон эпоксидная гибридная смола 68,5-86,5
Отвердитель аминосилан 15-19
Пигменты и наполнители 0-9
Поверхностно-активное вещество 0,1-0,6
Нанодисперсный оксид кремния 1,0
Вспомогательные вещества (деаэратор, добавка для розлива) 1,3
Углеродное нановолокно 0,25-2
Фторсилан 1-10
Растворитель Остальное
Указанное изобретение обеспечивает высокие противокоррозионные свойства, безбиоцидную защиту от обрастания, высокие гидрофобные и скользящие свойства покрытия, увеличение скоростных характеристик судов за счет снижения шероховатости корпуса и сопротивления движению, экономию топлива.
Недостатки данного изобретения - ограниченные области применения и использование специфических, трудно получаемых материалов - углеродного волокна.
Известна полимерная порошковая композиция для супергидрофобного покрытия и способ получения супергидрофобного покрытия (См. пат.WO №2015023213A1, опубл. 19.02.2015). Изобретение относится к области химии, а именно к полимерной порошковой композиции для супергидрофобного покрытия и способу получения такого покрытия. Композиция содержит основу, представляющую собой термореактивную порошковую композицию с эпоксиполиэфирным, эпоксидным, полиэфирным или полиуретановым пленкообразователем, и дополнительно модификатор в виде гидрофобных частиц модифицирующего и структурирующего поверхность компонента с размерами частиц от 5 нм до 35 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Основа 95-99,5
Модификатор 0,5-5
В качестве модификатора могут быть использованы гидрофобные микрочастицы фторопласта (с размерами не более 5 мкм), в том числе модифицированные поверхностно активными веществами, гидрофобные частицы фторопластового воска Lubrirol Lanco 1890 (с размерами не более 35 мкм), смесь микро- и микроразмерных частиц фопласта (с размерами от 5 нм и не более 5 мкм) и наноразмерных гидрофобных частиц окиси алюминия Аl2О3 (с размерами не более 20 нм) и/или диоксида кремния SiО2 (с размерами не более 10 нм) при их представлении от 10: 1 до 100: 1 в.ч. соответственно.
Способ получения данного покрытия включает в себя нанесение на поверхность упомянутой композиции и отверждение нанесенного покрытия путем нагрева при температуре 180-190°С в течение 15-20 минут. При необходимости на неотвержденный слой композиции наносят второй слой, содержащий микро- и наноразмерные гидрофобные частицы. По утверждению авторов, супергидрофобное покрытие и новый способ создания супергидрофобного покрытия защищает конструкции и сооружения от коррозии, налипания гололедно-изморозевых отложений, загрязнения неорганическими и во многих случаях, органическими соединениями, обрастания микроорганизмами и водорослями.
Недостатком указанного выше способа является сложный процесс нанесения данного покрытия, при использовании которого снижается равномерность нанесения на обрабатываемую поверхность и, как следствие, эффективность ее действия. Использование нагрева в процессе нанесения данного покрытия так же может быть лимитирующей стадией применения данного изобретения, так как многие поверхности невозможно нагреть.
Известен способ получения супергидрофобных покрытий с антиобледенительными свойствами на алюминии и его сплавах (См. пат.RU №2 707 458 С1, опубл. 26.11.2019, Бюл. №33).
Изобретение относится к получению на поверхности алюминия и его сплавов супергидрофобных покрытий, обладающих влагозащитными и антиобледенительными свойствами, и может быть использовано для обеспечения долговременной защиты от гололедно-изморозевых отложений и сопутствующей коррозии различных конструкций и сооружений. Способ включает обработку поверхности алюминия или его сплава путем электролитического оксидирования в режиме плазменных микроразрядов при переменной поляризации обрабатываемой поверхности с постоянной амплитудной плотности анодного ja и катодного jк токов, равной
0,3-0,5 А/см2, и при частоте поляризующих импульсов 200-300 Гц в течение 3000-3600 с в электролите, содержащем, г/л: КОН 1,5-2,5 и Na2SiO3 15-25. Далее на обработанную поверхность наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен усредненного фракционного состава из его дисперсии в изопропиловом спирте путем кратковременного погружения от 1 до 3 раз с сушкой в конвекционном потоке и последующей термообработкой при 340-350°С в течение 10-15 мин после каждого погружения. Указанное изобретение обеспечивает увеличение адгезии наносимого композиционного полимерсодержащего покрытия, повышение его механической прочности и долговечности.
Недостатком данного изобретения является усложненная и энергоемкая технология получения супергидрофобного полимерсодержащего покрытия.
Известно лакокрасочное супергидрофобное покрытие (См. пат. RU №2 650 135 C1, опубл. 09.04.2018 Бюл. №10). Изобретение относится к покрытиям для защиты от повышенной влажности, загрязнения, развития плесени и коррозии различных поверхностей - металла, пластика, камня и других.
Лакокрасочное супергидрофобное покрытие, включающее полимерную основу, органический растворитель, наполнитель, сшивающую основу, органический пластификатор и компонент, ответственный за создание особой структуры поверхности, отличающееся тем, что в качестве полимерной основы оно содержит сополимеры винилхлорида с винилацетатом, в качестве наполнителя содержит нетоксичные оксиды переходных металлов, в качестве сшивающей основы содержит эпоксидную смолу, в качестве компонента, ответственного за создание особой структуры поверхности, содержит гидрофобизированный аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:
сополимеры винилхлорида с винилацетатом 6,5-8,0
эпоксидная смола 1,5-1,7
- пластификатор 7,0-11,0
- аэросил гидрофобизированный 6,0-10,0
- нетоксичные оксиды переходных металлов 29,0-40,0
- органический растворитель остальное
В качестве оксида переходных металлов может быть использован оксид титана, а в качестве органического пластификатора - канифоль.
Недостатки заключаются в том, что, во-первых, предложенное лакокрасочное супергидрофобное покрытие не является универсальным для обработки любого типа поверхностей вследствие входящего в его состав органического растворителя, во-вторых, ответственный за создание особой структуры поверхности гидрофобизированный аэросил не имеет подходящий размер частиц, который обеспечивал бы формирование определенной шероховатости поверхности и, соответственно, придавал ей супергидрофобные свойства.
Известен состав для получения супергидрофобного покрытия (См. пат.RU №2 400 510 C1, опубл. 27.09.2010 Бюл. №27). Изобретение относится к составам для получения супергидрофобного покрытия на силоксановом резиновом изоляторе. Предложен состав, включающий (% масс.): гидрофобизующий поверхность компонент - фторуглеводородный силан, содержащий гидролизуемые функциональные группы, общей формулы YCF2 (CF2)n CH2-O-(CH2)m-SiX3, где Y означает F или Н; n - целое число из ряда от 3 до 11; m=2 или 3; X - функциональный заместитель, выбранный из ряда: Cl, ОСН3, OC2H5, ОС3Н7, ОС(O)СН3, NH2, N(Н)СН3, N(СН3)2, N(С2Н5)2, (1-1,5); текстурообразующий наполнитель - аэросил (1-1,5); силоксановое связующее - полиаминофункциональный силоксановый олигомер формулы [СН3(Н)N]3Si[OSi(СН3)С6Н5]3О-Si[N(Н)СН3]3 (0,1-0,2) и органический растворитель, выбранный из алифатических простых эфиров и алифатических кетонов (остальное).
Указанное изобретение обеспечивает получение покрытия, отличающегося не только высокими значениями углов смачивания, но и долговременной водостойкостью, при этом способ его нанесения не требует предварительных обработок поверхности для создания эффекта супергидрофобности.
Недостатками данного изобретения являются использование наполнителя аэросила, который представляет из себя агрегаты наночастиц диоксида кремния, неравномерно распределяющиеся в реакционной системе, а также использование летучих токсичных соединений.
Существует способ получения защитного гидрофобного и олеофобного покрытия на текстильном материале (См. пат.RU №2394956 C1, опубл. 20.07.2010 Бюл. №20). Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, в частности к получению защитного гидрофобного и олеофобного покрытия текстильного материала. Способ включает обработку материала раствором фторсодержащего соединения и последующее удаление растворителя. В качестве фторсодержащего соединения используют 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-тридекафтор-N-[3-(триэтоксисилил)пропил]-гептанамид, структурной формулы CF3-(CF2)5-C(O)-HN-(CH2)3-Si(ОС2Н5)3. Растворителем является слабо полярный органический растворитель из ряда: этиловый спирт, изопропиловый спирт, ацетон, тетрагидрофуран, толуол или сверхкритический диоксид углерода. Материалом является ткань или изделие из тканей ряда: хлопчатобумажной, шерстяной, плательно-жаккардовой, джинсовой, полиэфирной ткани. После удаления растворителя можно осуществлять дополнительную фиксацию гидрофобизатора обработкой горячим воздухом или путем каландрирования. Изобретение обеспечивает придание материалу эффекта супергидрофобности, характеризующегося значением краевого угла смачивания водой не менее 120° при скольжении капли по поверхности материала без смачивания, при этом полученное защитное покрытие устойчиво к действию стирок, и эффект супергидрофобности постиранных материалов восстанавливается путем температурной обработки. Обработанные текстильные материалы, оцененные по бальной шкале метода «ЗМ», обладают очень хорошими олеофобными свойствами. Способ является технологичным и не требует больших затрат.
Недостаток изобретения состоит в ограниченной области применения - гидрофобного и олеофобного покрытия применимо только в текстильной промышленности. При этом отсутствуют сведения об использовании данного гидрофобного и олеофобного покрытия в других отраслях промышленности: в энергетике, машиностроении, строительстве, судостроительстве, авиационной промышленности. К тому же, по утверждениям авторов, покрытие является гидрофобным, а не супергидрофобным, то есть характеризуется значением краевого угла, равным 120°.
Прототипом представленного изобретения является композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса (См. пат.RU №2490077 С1, опубл. 20.08.2013, Бюл. №23). Изобретение относится к области химической технологии получения лакокрасочных материалов. Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса включает гидрофобизирующий компонент амиды или эфиры перфторполиоксаалкиленсульфо- или перфторполиоксаалкиленкарбоновых кислот из ряда С17-46, растворенный в органическом растворителе фреоне, изопропаноле или их смеси, структурообразующий компонент, выбранный из ряда: органорастворимый силиказоль с размерами частиц 3 - 18 нм, тетрабутоксититан, тетраизопропоксититан, тетраэтоксисилан или продукты его частичного гидролиза, при массовом соотношении гидрофобизирующего и структурообразующего компонентов в пределах 100: (4-7) и концентрации гидрофобизирующего компонента в растворителе 0,2 - 8 мас.%. Изобретение обеспечивает самоочищающие свойства обрабатываемой поверхности.
Изобретение относится к области химической технологии получения лакокрасочных материалов, а именно материалов способных к самоочищению за счет свойств, обеспечивающих возникновение эффекта лотоса. Изобретение может найти применение в тех областях техники, где необходимо придание поверхности свойств самоочищения, а также в бытовом применении, например, для обработки стекол и кузова автомобиля.
Недостатком вышеуказанного изобретения является то, что для затравки используется органорастворимый силиказоль, частицы которого имеют сферическую форму с размерами 3 - 18 нм, что не позволяет формировать рост анизотропных оксидных структур для получения супергидрофобных покрытий. Кроме того, прототип находит практическое применение только в лакокрасочной промышленности, то есть не является универсальным.
Заявленную композицию на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств и ее прототип объединяет близкий компонентный состав, а также похожий механизм формирования супергидрофобного покрытия.
Принципиальное отличие заявленного изобретения от прототипа заключается в использовании в качестве затравки несферического нанокристаллического диоксида титана, частицы которого имеют форму игл, стержней, волокон с размерами от 10 до 50 нм. Использование несферического нанокристаллического диоксида титана обеспечивает рост анизотропных структур для формирования определенной шероховатости для придания поверхности супергидрофобных свойств. Заявленная композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств является универсальной и может использоваться в различных областях - в энергетике, электронике, машиностроении, строительстве, судостроительстве, авиационной и аэрокосмической, а также пищевой и лакокрасочной промышленности.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке нового способа получения материалов с супергидрофобными свойствами, обладающих повышенными эксплуатационными и функциональными характеристиками, которые найдут широкое применение в различных областях - в энергетике, электронике, машиностроении, строительстве, судостроительстве, авиационной и аэрокосмической, а также пищевой промышленности.
Особенностью изобретения является проявление покрытиями супергидрофобных свойств и, как следствие, при их нанесении предотвращение обледенения и загрязнения металлических изделий, например, линий электропередач, фермовых конструкций, крыш и других.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к формированию определенной шероховатости обрабатываемой поверхности и приданию поверхности супергидрофобных свойств.
Технический результат достигается с помощью использования композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, содержащей тетраэтоксисилан и тетраизопропилат титана как структурообразователи, гексаметилдисилазан как гидрофобный компонент, изопропиловый спирт как растворитель, несферический нанокристаллический диоксид титана с размерами частиц от 10 до 50 нм как интенсификатор процесса роста анизотропных структур для формирования определенной шероховатости покрытия, при следующих соотношениях компонентов в % (масс.): тетраэтоксисилан - 1 - 10, тетраизопропилат титана - 1 - 15, гексаметилдисилазан - 2 - 10, нанокристаллический диоксид титана - 0,01 - 1, изопропиловый спирт - остальное.
Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, отличающаяся тем, что в реакционную массу вводят нанокристаллический диоксид титана с целью интенсификации процесса роста анизотропных структур для формирования определенной шероховатости покрытия, которая придает супергидрофобные свойства, представляет собой однородную прозрачную жидкость, обладающую специфическим нерезким запахом и агрегативной устойчивостью в процессе хранения.
Осуществление изобретения
Пример 1.
Получение композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, отличающийся тем, что в реакционную массу вводят нанокристаллический диоксид титана с целью интенсификации процесса роста анизотропных структур для формирования определенной шероховатости, которая придает поверхности супергидрофобные свойства, осуществляют постадийно.
На первой стадии получают аморфный гель диоксида титана. Для этого тетраизопропилат титана объемом 25 см3 растворяют в изопропиловом спирте объемом 75 см3. При интенсивном перемешивании реакционной смеси добавляют 100 см3 12,5% раствора аммиака. В результате гидролиза получается белый аморфный осадок TiO2 ⋅ nH2O. Осадок фильтруется на стеклянном фильтре и промывается несколько раз дистиллированной водой, чтобы избавиться от примесных ионов.
На второй стадии проводится синтез гидротермальным методом несферических нанокристаллитов диоксида титана (игл, стержней, волокон и других) с размерами от 10 до 50 нм. Для этого аморфный гель TiO2 ⋅ nH2O (~ 2 г) смешивается с водным раствором NaOH (концентрация 10 моль/кг) и помещается в автоклав. Гидротермальный синтез проводится при 140°С в течение 15 ч. Затем продукты центрифугируются, несколько раз промываются дистиллированной водой и высушиваются при 400°C в течение 10 часов в атмосфере воздуха.
На последней стадии синтеза композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств осуществляют растворение тетраэтоксисилана; тетраизопропилата титана; гексаметилдисилазана в изопропиловом спирте. Затем при интенсивном перемешивании в реакционную массу вводят нанокристаллический диоксид титана и получают препарат со следующим соотношением компонентов, % (масс.):
Тетраэтоксисилан 0,01 - 0,9
Тетраизопропилат титана 0,01 - 0,9
Гексаметилдисилазан 0,01 - 1
Нанокристаллический диоксид титана 0,001 - 0,009
Изопропиловый спирт остальное
Затем методами распыления или растирания композицию на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств наносят на обрабатываемую поверхность.
Пример 2.
Проводят аналогично примеру 1, но при следующих соотношениях компонентов, % (масс.):
Тетраэтоксисилан 1 - 10
Тетраизопропилат титана 1 - 15
Гексаметилдисилазан 2 - 10
Нанокристаллический диоксид титана 0,01 - 1
Изопропиловый спирт остальное
Пример 3.
Проводят аналогично примеру 1, но при следующих соотношениях компонентов, % (масс.):
Тетраэтоксисилан 11 - 20
Тетраизопропилат титана 16 - 25
Гексаметилдисилазан 11 - 20
Нанокристаллический диоксид титана 2 - 10
Изопропиловый спир остальное
Полученные по Примерам 1-3 композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств исследовали сканирующей электронной микроскопией на микроскопе «MIRA-LMH» (фирма «Tescan», Чехия) и определяли краевой угол смачивания путем нанесения капли дистиллированной воды на экспериментальное покрытие.
На фиг. 1 представлено экспериментальное покрытие, выполненное в соответствии с Примером 1: а - фотография нанесенной капли дистиллированной воды, 6 - СЭМ-микрофотография покрытия.
На фиг. 2 представлено экспериментальное покрытие, выполненное в соответствии с Примером 2: а - фотография нанесенной капли дистиллированной воды, 6 - СЭМ-микрофотография покрытия.
На фиг. 3 представлено экспериментальное покрытие, выполненное в соответствии с Примером 3: а - фотография нанесенной капли дистиллированной воды, 6 - СЭМ-микрофотография покрытия.
На данные образцы помещали капли дистиллированной воды и проводили измерение краевого угла смачивания. Полученные данные представлены на фиг. 1-3. Анализ фиг. 1 показал, что экспериментальное покрытие с нанесенной композицией на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, выполненное по Примеру 1, характеризуется углом смачивания, равным 50°⁰, что говорит об отсутствии гидрофобных свойств и хорошей смачиваемости поверхности. Анализ фиг.2 показал, что экспериментальное покрытие с нанесенной композицией на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, выполненное по Примеру 2, характеризуется углом смачивания, равным 134°⁰, что говорит о наличии супергидрофобных свойств поверхности. Анализ фиг.3 показал, что экспериментальное покрытие с нанесенной композицией на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, выполненное по Примеру 3, характеризуется углом смачивания, равным 111°⁰, что говорит о гидрофобных свойствах поверхности.
Анализ фиг. 1-3 показал, что наибольшим углом смачивания обладает образец, выполненный по Примеру 2, имеющий на своей поверхности анизотропные структуры, представленные нанонитями или стержнями толщиной от 50 - 100 нм и длиной от 1 - 2 мкм. В связи с этим можно сделать вывод о том, что для получения композиций на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств требуется создание на поверхности анизотропной структуры, которая будет минимизировать контакт воды с данной поверхностью.
Список литературы:
1. Аnitha, C. Salvinia inspired fluroine free superhydrophobic coatings / C. Аnitha, S. Syed Azim, S. Mayavan // Applied Surface Science. - 2018. - №449. - Р. 250-260.
2. Wu, J.-M. Low-temperature preparation of titania nanorods through direct oxidation of titanium with hydrogen peroxide / J.-M. Wu // Journal of Crystal Growth. - 2004. - №269(2-4). - Р. 347-355.
3. Xu, C. Preparation and surface wettability of TiO2 nanorod films modified with triethoxyoctylsilane / Xu C., Fang L., Huang Q., Yin B., Ruan H., Li D. // Thin Solid Films. - 2013. - №531. - Р. 255-260.
4. Zhou, X. Fabrication of superhydrophobic TiO2 quadrangular nanorod film with self-cleaning, anti-icing properties / Zhou X., Yu S., Jiao S., Lv Z., Liu E., Zhao Y., Cao N. // Ceramics International. - 2019. - Р. 1-9.

Claims (2)

  1. Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, содержащая тетраэтоксисилан и тетраизопропилат титана как структурообразователи, гексаметилдисилазан как гидрофобный компонент, изопропиловый спирт как растворитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит несферический нанокристаллический диоксид титана с размерами частиц от 10 до 50 нм как интенсификатор процесса роста анизотропных структур, при следующих соотношениях компонентов, мас.%
  2. тетраэтоксисилан 1 – 10 тетраизопропилат титана 1 – 15 гексаметилдисилазан 2 – 10 нанокристаллический диоксид титана 0,01 – 1 изопропиловый спирт остальное.
RU2021105961A 2021-03-09 2021-03-09 Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств RU2763891C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105961A RU2763891C1 (ru) 2021-03-09 2021-03-09 Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105961A RU2763891C1 (ru) 2021-03-09 2021-03-09 Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763891C1 true RU2763891C1 (ru) 2022-01-11

Family

ID=80040333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105961A RU2763891C1 (ru) 2021-03-09 2021-03-09 Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763891C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180671C2 (ru) * 1997-07-15 2002-03-20 Асахи Касеи Кабусики Кайся Композиция алкоксисилан/органический полимер для использования в получении изолирующей тонкой пленки и ее применение
US20080156224A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-03 Industrial Technology Research Institute Method of fabricating transparent hydrophobic self-cleaning coating material and coating material and transparent coating made therefrom
RU2490077C1 (ru) * 2011-12-13 2013-08-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственный Центр "Квадра" Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса
RU2567776C1 (ru) * 2014-10-24 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180671C2 (ru) * 1997-07-15 2002-03-20 Асахи Касеи Кабусики Кайся Композиция алкоксисилан/органический полимер для использования в получении изолирующей тонкой пленки и ее применение
US20080156224A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-03 Industrial Technology Research Institute Method of fabricating transparent hydrophobic self-cleaning coating material and coating material and transparent coating made therefrom
RU2490077C1 (ru) * 2011-12-13 2013-08-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственный Центр "Квадра" Композиция для придания поверхности свойств самоочищения на основе эффекта лотоса
RU2567776C1 (ru) * 2014-10-24 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения защитных супергидрофобных покрытий на сплавах алюминия

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Highly transparent fluorine-free superhydrophobic silica nanotube coatings
Yu et al. SiO2 nanoparticle-based superhydrophobic spray and multi-functional surfaces by a facile and scalable method
Dong et al. Colorful superamphiphobic coatings with low sliding angles and high durability based on natural nanorods
Deng et al. Versatile superhydrophobic and photocatalytic films generated from TiO 2–SiO 2@ PDMS and their applications on fabrics
CN112831241A (zh) 一种超疏水超疏油环氧树脂涂料及其制备方法
Xue et al. Large-area fabrication of superhydrophobic surfaces for practical applications: an overview
Liu et al. Robust, self-cleaning, anti-fouling, superamphiphobic soy protein isolate composite films using spray-coating technique with fluorinated HNTs/SiO2
Zhao et al. Fabrication of self-healing waterbased superhydrophobic coatings from POSS modified silica nanoparticles
Rao et al. Facile preparation of self-healing waterborne superhydrophobic coatings based on fluoroalkyl silane-loaded microcapsules
Su et al. Robust and underwater superoleophobic coating with excellent corrosion and biofouling resistance in harsh environments
Guo et al. Multifunctional superamphiphobic fluorinated silica with a core-shell structure for anti-fouling and anti-corrosion applications
CN111019485B (zh) 一种耐摩擦的防覆冰涂层的制备方法
CN110499073B (zh) 一种以纳米纤维素和纳米颗粒为原料在水溶液中无氟改性剂改性制备超疏水涂料的方法
Tang et al. Superhydrophobic hierarchical structures from self-assembly of cellulose-based nanoparticles
Mo et al. A simple process for fabricating organic/TiO2 super-hydrophobic and anti-corrosion coating
Simovich et al. Hierarchically rough, mechanically durable and superhydrophobic epoxy coatings through rapid evaporation spray method
CN108003710A (zh) 一种超疏水可见光光催化自清洁涂层及其制备方法
Qu et al. Fabrication and color-gradient control of colorful superhydrophobic materials with mechanical durable, oil/water separation and recyclable properties
Barthwal et al. Superhydrophobic and superoleophobic copper plate fabrication using alkaline solution assisted surface oxidation methods
Wang et al. Biomimetic hydrophobic surfaces with low or high adhesion based on poly (vinyl alcohol) and SiO2 nanoparticles
CN114350261A (zh) 一种耐久性多功能仿生超疏水涂层及其制备方法
Wankhede et al. Development of hydrophobic non-fluorine sol-gel coatings on aluminium using long chain alkyl silane precursor
Zhan et al. Superhydrophobic film from silicone-modified nanocellulose and waterborne polyurethane through simple sanding process
Jiang et al. Fabrication of colorful wear-resistant superhydrophobic coatings based on chemical modified halloysite
Zhang et al. Fabrication of a fast curing super-hydrophobic FEVE/MMA coating and its property research