一种以金属氧化物为原料制备耐磨耐久性彩色超疏水材料的方法与流程

本发明属于疏水材料制备技术领域，具体涉及一种以金属氧化物为原料制备耐磨耐久性彩色超疏水材料的方法。

背景技术：

金属氧化物在日常应用中较为广泛，可以作为干燥剂、染色颜料以及催化剂等，我国金属氧化物储量较为丰富，因此可以拓展金属氧化物的发展领域，加强金属氧化物超疏水材料的研发与制备，可以拓展金属氧化物的研究和应用领域，同时也丰富了超疏水材料的应用。

超疏水材料常见的制备方法包括：

1.利用自然界的生物表面或人工构筑表面作为模板，以聚二甲基硅氧烷或其他的低表面能物质复制其表面，得到表面的反形结构，也就是互补结构，再用聚二甲基硅氧烷对该反形结构进行复制，最终得到与模板一致的表面。

这类方法的优点是经济环保，缺点对微观结构的精密度比较高，且该工艺过程较为繁杂。

2.利用化学气相沉积法制备了sio2/硅胶复合涂层，首先浸渍一层sio2纳米颗粒，再利用化学气相沉积法在其上沉积硅胶，由于硅胶在sio2团簇上沉积成为纳米线，从而成为了双级粗糙结构。

这类方法的优点是制备的表面比较耐磨损，缺点是实验周期比较长，实验设备比较复杂，而且颜色单一。

3.利用静电纺丝法可以将制备的高浓度溶液拉伸形成纤维状，而制备的低浓度溶液可以将溶液收缩形成颗粒状，使得表面形成粗糙结构，从而具有超疏水性。

这类方法的优点是制备的超疏水膜具有良好的耐久性和稳定性，缺点是利用该方法制备的超疏水表面不均匀，在操作过程中对设备的要求比较高，不易控制。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，目的在于提供一种以金属氧化物为原料制备耐磨耐久性彩色超疏水材料的方法，该方法简单，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备，直接使用成本低廉的金属氧化物粉为基准原料，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到耐磨耐久性彩色的超疏水材料，且该疏水材料具有不受基底限制和耐磨损的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种以金属氧化物为原料制备耐磨耐久性彩色超疏水材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将tio2、mno2、fe2o3、zno、cro3中的任意两种金属氧化物加入到无水乙醇中，超声分散，得到混合溶液；其中，两种金属氧化物的质量份数分别为0.1～0.4份和0.1～0.4份，并且，两种金属氧化物的质量份数之和为0.5；

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入硬脂酸，在室温下连续搅拌，得到悬浊液；

步骤三、将步骤二得到的悬浊液涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥，得到耐磨耐久性超疏水材料。

本发明进一步的改进在于，步骤一中任意一种金属氧化物与无水乙醇的比为0.1～0.4g：3～5ml。

本发明进一步的改进在于，步骤二中搅拌的时间为5～6h。

本发明进一步的改进在于，步骤二中硬脂酸的加入量为两种金属氧化物的质量份数之和40～80％。

本发明进一步的改进在于，步骤三中干燥的具体过程为：先在室温下干燥1h～2h，再于100℃～120℃下干燥1h～2h。

本发明进一步的改进在于，当两种金属氧化物为zno和tio2时，向步骤一中的无水乙醇中加入丙烯颜料。

本发明进一步的改进在于，丙烯颜料的加入量为zno和tio2的总质量的40％～300％。

本发明进一步的改进在于，金属氧化物均为化学纯试剂。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1、本发明中采用常见的金属氧化物为原料制备彩色超疏水材料，不仅拓宽了金属氧化物的应用领域，也对超疏水材料的发展开阔了新的领域，成功制备出耐磨耐久性彩色超疏水材料。

2、本发明制作过程简单，反应条件温和，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备。

3、本发明使得超疏水材料的发展在实际应用中有了进一步的发展，彩色超疏水材料可以运用到建筑业，管道运输以及废水处理等许多领域。

4、采用本发明的方法制备的超疏水材料接触角可达152°以上，极大地降低了液滴与基底材料的接触面积。本发明直接使用金属氧化物为基准原料，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到超疏水材料。

5、该疏水材料不仅具有不受基底限制的优点，而且还具有耐磨耐久性的优点，同时使金属氧化物在工业应用中得以扩展。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的彩色超疏水材料的扫描电镜图。

图2为tio2和mno2制得的超疏水材料宏观照片。

图3为tio2和mno2制得的彩色超疏水材料水滴在表面上的宏观照片。

图4为以丙烯颜料溶解在无水乙醇中作为溶剂，加入zno和tio2后制得的彩色超疏水材料。

图5为本发明实施例2制备的彩色超疏水材料的扫描电镜图。

图6为本发明实施例2制备的彩色超疏水材料的宏观照片。

图7为本发明实施例2制备的彩色超疏水材料水滴站立在表面上的宏观照片。

图8为本发明实施例1制备的彩色超疏水材料磨损长度与水接触角的关系图。

图9为本发明实施例2制备的彩色超疏水材料磨损长度与水接触角的关系图。

图10为本发明实施例3制备的彩色超疏水材料磨损长度与水接触角的关系图。

图11为本发明实施例4制备的彩色超疏水材料磨损长度与水接触角的关系图。

图12为本发明实施例1和实施例6制备的彩色超疏水材料在不同酸碱环境下与水接触角的关系图。

图13为本发明实施例1和实施例6制备的彩色超疏水材料在不同温度环境下与水接触角的关系图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明中的金属氧化物均为化学纯试剂。

实施例1

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gtio2和0.4gmno2溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌5h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在100℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

图1是本实施例制备的彩色超疏水材料的扫描电镜图，从图1中可以看出，不同粒径的金属氧化物颗粒均匀散布在涂层之中，形成了微纳米二元复合结构，通常认为微纳米二元复合粗糙结构与低表面能材料是得到超疏水材料所必需的两个条件，这些特点共同赋予了该涂层超疏水的性能。

图2和图3是tio2和mno2制得的超疏水材料宏观照片，从图2可以看出制备的超疏水材料为浅灰色，从图3可以看出超疏水表面上的水滴呈现球形，说明制备的材料为彩色超疏水材料。

图8、图12和图13是tio2和mno2制得的超疏水材料的耐磨耐久性的测试，耐磨损测试是将超疏水材料放在600#砂纸，同时加200g的砝码进行打磨，从图8可以看出制备的超疏水材料经过100cm的磨损后，水接触角依旧大于150°。图12和图13是超疏水材料耐久性的测试，从图12和图13可以看出在不同的ph和不同温度下水接触角依旧大于150°。说明实施例1制备的超疏水材料具有耐磨耐久性。

实施例2

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gfe2o3和0.4gmno2溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在120℃条件下干燥1h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

图5为本实施例2制备的超疏水材料的扫描电镜图。从图5可以看出，fe2o3和mno2反应后形成条状结构，经过硬脂酸改性后表面附着了许多大小不一的颗粒，增加了表面的粗糙度，使得制备的材料具有超疏水性。

图6和图7为本实施制备的超疏水材料的宏观图。从图6可以看出，制备的超疏水材料为暗红色。从图7可以看出，水滴滴落在制备的超疏水材料上呈现球形，说明其具有超疏水性。

图9为本实施例制备的超疏水材料的耐磨损测试。从图9可以看出在600#砂纸上负载200g砝码，磨损150cm，其接触角保持在150°以上，说明制备的超疏水材料具有耐磨耐久性。

实施例3

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gcro3和0.4gtio2溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌5h～6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在120℃条件下干燥1h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

图10为本实施例的耐磨损测试。从图10可以看出磨损长度为125cm时，水接触角为151°，说明制备的超疏水材料具有耐磨性。

实施例4

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gzno和0.4gmno2溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在120℃条件下干燥1h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

图11为本实施例的耐磨损测试。从图11可以看出在打磨150cm后，水接触角152°，说明制备的超疏水材料具有耐磨性。

实施例5

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gzno和0.4gfe2o3溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌5h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在100℃条件下干燥1h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例6

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gtio2和0.4gfe2o3溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌5h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在110℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

图11和图12分别的在不同酸碱和温度下对制备的超疏水材料的耐久性测试。从图11可以看出在ph不同的环境下，水接触角始终保持在150°以上。从图12可以看出在不同温度下，水接触角都大于150°。说明制备的超疏水材料具有耐久性。

实施例7

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gzno和0.4gcro3溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌5.5h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1.5h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在100℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例8

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gcro3和0.4gmno2溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在105℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例9

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gfe2o3和0.4gcro3溶解在4ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在115℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例10

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、由于zno和tio2制备的超疏水涂层是白色，因此在制备前先将0.5g丙烯颜料溶解于10ml乙醇中作为溶剂。取4ml溶剂于圆底烧瓶中，然后加入0.1gzno和0.4gtio2，超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在120℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

在实施例1至实施例10制备的彩色超疏水材料上滴一滴水滴，采用接触角测量仪测量超疏水材料与液滴的接触角大小，结果见下表。

表1超疏水材料与液滴的接触角大小

从表1中可以看出，采用本发明的方法制备的超疏水材料的接触角可达150°以上，极大地降低了液滴与基底材料的接触面积。

实施例11

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gtio2和0.4gmno2溶解在3ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.4g硬脂酸，在室温下连续搅拌5h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在100℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例12

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.1gtio2和0.4gmno2溶解在5ml的无水乙醇中超声分散20min，得到混合溶液。

步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合溶液中加入0.3g硬脂酸，在室温下连续搅拌6h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥1h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在110℃条件下干燥1h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例13

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将0.2g蓝色丙烯颜料分别加到10ml的无水乙醇中，超声分散40min，得到混合溶液。

步骤二、取4ml上述得到的混合溶液后加0.1gtio2和0.4gzno，搅拌40min后添加0.2g硬脂酸，在室温下连续搅拌3h，得到悬浊液。

步骤三、将步骤二得到的悬浊液用一次性滴管涂覆于基底上，然后将涂覆有悬浊液的基底在室温下干燥2h，再将干燥后的基底置于干燥箱中，在120℃条件下干燥2h，得到耐磨耐久性超疏水材料。

实施例14

与实施例13的不同在于，蓝色丙烯颜料的加入量为0.5g，其他与实施例13相同。

实施例15

与实施例13的不同在于，蓝色丙烯颜料的加入量为1.0g，其他与实施例13相同。

实施例16

与实施例13的不同在于，蓝色丙烯颜料的加入量为1.5g，其他与实施例13相同。

实施例17

与实施例13的不同在于，颜料为绿色丙烯颜料，其他与实施例13相同。

实施例18

与实施例14的不同在于，颜料为绿色丙烯颜料，其他与实施例14相同。

实施例19

与实施例15的不同在于，颜料为绿色丙烯颜料，其他与实施例15相同。

实施例20

与实施例16的不同在于，颜料为绿色丙烯颜料，其他与实施例16相同。

实施例21

与实施例13的不同在于，颜料为黄色丙烯颜料，其他与实施例13相同。

实施例22

与实施例14的不同在于，颜料为黄色丙烯颜料，其他与实施例14相同。

实施例23

与实施例15的不同在于，颜料为黄色丙烯颜料，其他与实施例15相同。

实施例24

与实施例16的不同在于，颜料为黄色丙烯颜料，其他与实施例16相同。

实施例25

与实施例13的不同在于，颜料为橘色丙烯颜料，其他与实施例13相同。

实施例26

与实施例14的不同在于，颜料为橘色丙烯颜料，其他与实施例14相同。

实施例27

与实施例15的不同在于，颜料为橘色丙烯颜料，其他与实施例15相同。

实施例28

与实施例16的不同在于，颜料为橘色丙烯颜料，其他与实施例16相同。

图4是实施例13-28以蓝色、绿色、黄色以及橘色丙烯颜料溶解在无水乙醇中作为溶剂，加入zno和tio2后制得的彩色超疏水材料。其中，a1～a4对应实施例13-16，为由浅蓝到深蓝的渐变图；b1～b4对应实施例17-20，为由淡绿色到深绿色的渐变图；c1～c4对应实施例21-24为由浅黄色到深黄色的渐变图；d1～d4对应实施例25-28为由浅橘色到深橘色的渐变图。可见，通过调整丙烯颜料的颜色和用量可以制备不同颜色的超疏水材料。

将实施例1到实施例4制备的耐磨耐久性彩色超疏水材料经过600#砂纸磨损，然后采用接触角测量仪测量每个周期超疏水材料打磨后与液滴的接触角大小，结果见图8-图11，从图8-图11可以看出，接触角超过150°，均为超疏水材料。

对实施例1和实施例6制备的耐磨耐久性彩色超疏水材料在不同环境下对接触角和滑动角进行测量，结构参见图12和图13，从图12和图13可以看出，实施例1和实施例6制备的耐磨耐久性彩色超疏水材料的耐久性较好。

本发明直接使用金属氧化物为基准原料，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到超疏水材料，且该疏水材料不仅具有不受基底限制的优点，而且还具有耐磨耐久性的优点，同时使金属氧化物在工业应用中得以扩展。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。