专利名称：一种耐用性超疏水材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超疏水材料的制备方法。
背景技术：
近年来，自然界植物叶表面的特殊疏水界面性能引起了人们广泛的关注，疏水性能是指材料表面与水滴的接触角大于90°的表面,而超疏水表面一般指与水滴的接触角大于150°的表面。受到自然界启发制备的超疏水材料在国防建设、工农业生产和日常生活中都有着极其广阔的应用前景。根据已有的对粗糙表面与浸润性的研究结果，构造超疏水性界面可以通过两种途径来完成:一种是在疏水材料(接触角大于90° )表面构建粗糙结构；另一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。研究结果表明:即使使用表面能最低的氟硅烷自组装修饰的光滑固体表面与水的接触角也不能超过120°，这说明低表面能材料只是制备超疏水表面的基本条件，而具不同微纳米阶层复合结构才是决定性因素。目前已经涌现出各种超疏水界面的制备方法，例如，密歇根理工大学Lee等人通过化学气相沉积CVD方法在不锈钢网孔膜上沉积一层碳纳米管，使基体变成超疏水的网孔膜，使用这种网孔膜对油水乳液进行分离，分离效率可达80%，但在使用沉积碳纳米管膜之前需要使用PLD (脉冲激光沉积)预先在基体上沉积一层35nm厚的Al2O3膜和IOnm厚的Fe催化层，制备过程繁复，而且需要使用昂贵的仪器设备 。(Lee, C.H.; Johnson, N.;Drelich, J.;Yap, Y.K.The performanceof superhydrophobic and superoleophilic carbon nanotube meshes in water—oilfiltration.Carbon2011, 49, 669-676.)。南京工业大学Wang等人使用静电纺丝技术在铜网基体上覆盖热塑性聚氨酯网孔纤维，然后浸没于十六烷基三甲氧甲基硅烷修饰过的SiO2溶液中形成小珠与纤维交织的疏水聚氨酯材料，这种材料可以用来进行水油混合物的分离。但是这种类似网状的薄膜的超疏水分离材料需要使用静电纺丝仪器设备制备，操作复杂，而且这种聚氨酯网孔纤维与铜网基体连接不牢固，容易脱落，反复使用几次后材料会失去超疏水性能。(Wang, L.F.;Yang, S.Y.;ffang, J.;ffang, C.F.;Chen, L.Fabrication ofsuperhydrophobic TPU film for oil - water separation based on electrospinningroute.Mater.Lett.2011, 65, 869-872.)。人工合成制备的超疏水材料大部分需要使用较多的处理步骤和复杂昂贵的设备，提高了材料制备的成本和不确定因素，不利于超疏水材料的工业化生产，而且针对不同基体的疏水表面处理需要不同的处理工艺和仪器设备，同时制备的超疏水表层不耐外界机械作用力，容易与基体分离脱落，限制了超疏水材料的开发和实际应用。因此，开发一种简单的快捷且不需昂贵设备的耐用性超疏水材料制备方法可开发多种类型的超疏水材料，降低生广成本，提闻超疏水材料的使用寿命，具有广阔的工业化如景。
发明内容
本发明是要解决现有制备超疏水材料的方法存在生广成本闻和超疏水表层易脱落而失去疏水性能的问题，而提供一种耐用性超疏水材料的制备方法。本发明一种耐用性超疏水材料的制备方法，按以下步骤进行:一、制备纳米颗粒分散液:在频率为24KHz 40KHz的条件下，将粒径为IOnm IOOOnm的纳米颗粒超声分散在水中，制得纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液；
二、制备基体与纳米颗粒的复合材料:用盐酸将步骤一制备的纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液调节pH为I 6，得到混合溶液，然后将基体置于混合溶液中完全浸润，再将多巴胺加入到上述完全浸润基体的混合溶液中，得到最终混合溶液，且最终混合溶液中多巴胺的浓度为0.5mg/mL 3mg/mL,最后在转速为IOOrpm IOOOrpm的条件下搅拌6h 48h，搅拌停止后，将经过处理后的基体取出，得到基体与纳米颗粒的复合材料；三、洗涤及干燥:将步骤二得到的基体与纳米颗粒的复合材料用蒸馏水进行冲洗5次 10次，然后置于温度为20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基体与纳米颗粒的复合材料；四、浸泡、洗涤及干燥:将步骤三得到的干燥的基体与纳米颗粒的复合材料置于浓度为lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有机溶剂溶液中浸泡0.5h 24h，然后将浸泡后的基体与纳米颗粒的复合材料取出，用有机溶剂进行冲洗I次 5次后，再置于温度为50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。本发明的优点:一、采用本发明的制备方法制备耐用性超疏水材料不需使用专门昂贵的设备和苛刻的实验条件，降低了生产成本；二、采用本发明的制备方法制备的耐用性超疏水材料具有方便快捷的特点，良好的应用广泛性能和均匀的超疏水性能；三、采用本发明的制备方法制备的耐用性超疏水材料用于油水分离领域，可反复使用300次以上，具有良好的耐使用性能；四、本发明的制备方法可以采用金属、金属氧化物、有机材料、无机材料和高分子材料作为超疏水材料基体，金属氧化物纳米颗粒和无机纳米颗粒作为复合纳米粒子，具有应用广泛性。
图1是试验一制备的耐用性超疏水海绵与水的接触角照片；图2是试验二制备的耐用性超疏水海绵与水的接触角照片；图3是试验七制备的耐用性超疏水海绵与水的接触角照片；图4是试验八制备的耐用性超疏水海绵与水的接触角照片；图5是试验一制备的耐用性超疏水海绵的扫描电镜照片；图6是试验四制备的耐用性超疏水铜片的扫描电镜照片；图7是试验七制备的耐用性超疏水海绵的扫描电镜照片；图8是试验一制备的耐用性超疏水海绵表面的光电子能谱图；图9是试验一制备的耐用性超疏水海绵挤压300次的接触角变化图。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式一种耐用性超疏水材料的制备方法，按以下步骤进行:一、制备纳米颗粒分散液:在频率为24KHZ 40KHZ的条件下，将粒径为IOnm IOOOnm的纳米颗粒超声分散在水中，制得纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液；二、制备基体与纳米颗粒的复合材料:用盐酸将步骤一制备的纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液调节pH为I 6， 得到混合溶液，然后将基体置于混合溶液中完全浸润，再将多巴胺加入到上述完全浸润基体的混合溶液中，得到最终混合溶液，且最终混合溶液中多巴胺的浓度为0.5mg/mL 3mg/mL,最后在转速为IOOrpm IOOOrpm的条件下搅拌6h 48h，搅拌停止后，将经过处理后的基体取出，得到基体与纳米颗粒的复合材料；三、洗涤及干燥:将步骤二得到的基体与纳米颗粒的复合材料用蒸馏水进行冲洗5次 10次，然后置于温度为20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基体与纳米颗粒的复合材料；四、浸泡、洗涤及干燥:将步骤三得到的干燥的基体与纳米颗粒的复合材料置于浓度为lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有机溶剂溶液中浸泡0.5h 24h，然后将浸泡后的基体与纳米颗粒的复合材料取出，用有机溶剂进行冲洗I次 5次后，再置于温度为50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。本实施方式制备耐用性超疏水材料不需使用专门昂贵的设备和苛刻的实验条件，降低了生产成本。本实施方式制备的耐用性超疏水材料具有方便快捷的特点，良好的广泛应用性能和均勻的超疏水性能。本实施方式制备的耐用性超疏水材料用于油水分离领域，可反复使用300次以上，具有良好的耐使用性能。本实施方式可以采用金属、金属氧化物、有机材料、无机材料和高分子材料作为超疏水材料基体，金属氧化物纳米颗粒和无机纳米颗粒作为复合纳米粒子，具有应用广泛性。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤一中所述的纳米颗粒为金属氧化物纳米颗粒或无机纳米颗粒。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
二不同的是:所述的金属氧化物纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒或三氧化二铁纳米颗粒；所述的无机纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒。其它与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四:本实施与具体实施方式
三不同的是:所述的四氧化三铁纳米颗粒的粒径为IOnm 500nm ;所述的三氧化二铁纳米颗粒的粒径为IOnm 500nm ;所述的二氧化娃纳米颗粒的粒径为20nm lOOOnm。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是:步骤二中所述基体为金属、金属氧化物、有机材料、无机材料或高分子材料。其它与与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
五不同的是:所述的金属为铜、镍或铁；所述的金属氧化物为氧化铜或氧化铁；所述的有机材料为塑料；所述的无机材料为玻璃；所述的高分子材料为聚氨酯、无纺布或聚四氟乙烯。其它与与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是:步骤四中所述的lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有机溶剂溶液中硅氧烷的分子结构为
权利要求
1.一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于耐用性超疏水材料的制备方法按以下步骤进行: 一、制备纳米颗粒分散液:在频率为24KHZ 40KHZ的条件下，将粒径为IOnm IOOOnm的纳米颗粒超声分散在水中，制得纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液；二、制备基体与纳米颗粒的复合材料:用盐酸将步骤一制备的纳米颗粒的浓度为2mg/mL 20mg/mL的分散液调节pH为I 6，得到混合溶液，然后将基体置于混合溶液中完全浸润，再将多巴胺加入到上述完全浸润基体的混合溶液中，得到最终混合溶液，且最终混合溶液中多巴胺的浓度为0.5mg/mL 3mg/mL,最后在转速为IOOrpm IOOOrpm的条件下搅拌6h 48h,搅拌停止后，将经过处理后的基体取出，得到基体与纳米颗粒的复合材料；三、洗涤及干燥:将步骤二得到的基体与纳米颗粒的复合材料用蒸馏水进行冲洗5次 10次，然后置于温度为20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基体与纳米颗粒的复合材料；四、浸泡、洗涤及干燥:将步骤三得到的干燥的基体与纳米颗粒的复合材料置于浓度为Immol/L 50mmol/L的硅氧烷的有机溶剂溶液中浸泡0.5h 24h，然后将浸泡后的基体与纳米颗粒的复合材料取出，用有机溶剂进行冲洗I次 5次后，再置于温度为50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的纳米颗粒为金属氧化物纳米颗粒或无机纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于所述的金属氧化物纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒或三氧化二铁纳米颗粒；所述的无机纳米颗粒为二氧化娃纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于所述的四氧化三铁纳米颗粒的粒径为IOnm 500nm ;所述的三氧化二铁纳米颗粒的粒径为IOnm 500nm ;所述的二氧化娃纳米颗粒的粒径为20nm lOOOnm。
5.根据权利要求1所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述基体为金属、金属氧化物、有机材料、无机材料或高分子材料。
6.根据权利要求5所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于所述的金属为铜、镍或铁；所述的金属氧化物为氧化铜或氧化铁；所述的有机材料为塑料；所述的无机材料为玻璃；所述的高分子材料为聚氨酯、无纺布或聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤四中所述的lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有机溶剂溶液中硅氧烷的分子结构为
8.根据权利要求1所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤四中所述lmmol/L 50mmol/L的娃氧烧的有机溶剂溶液中的有机溶剂为乙醇、甲醇、丙醇或甲苯。
9.根据权利要求1所述的一种耐用性超疏水材料的制备方法，其特征在于步骤四中所述用来冲洗浸泡后的基体与纳米颗粒的复合材料的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或甲苯。
全文摘要
一种耐用性超疏水材料的制备方法，它涉及一种超疏水材料的制备方法。本发明是要解决现有制备超疏水材料的方法存在生产成本高和超疏水表层易脱落而失去疏水性能的问题。制备方法一、制备纳米颗粒分散液；二、制备基体与纳米颗粒的复合材料；三、洗涤及干燥；四、浸泡、洗涤及干燥；即得到耐用性超疏水材料。本发明的优点一、采用本发明的制备方法制备耐用性超疏水材料不需使用专门昂贵的设备和苛刻的实验条件，降低了生产成本；二、采用本发明的制备方法制备的耐用性超疏水材料用于油水分离领域，可反复使用300次以上，具有良好的耐使用性能。本发明可用于制备耐用性超疏水材料。
文档编号C08J9/40GK103214690SQ20131009466
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者潘钦敏, 祝青, 楚盈, 陈宁 申请人:哈尔滨工业大学