一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法与流程

本发明涉及一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法。

背景技术：

超疏水技术是一种具有特殊表面性质的新型技术，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。目前对于超疏水材料的研究主要分为两个方面：一方面是仿生超疏水结构的研究，通过对于生物(常见的是植物或者动物)超疏水功能器官表面微小结构的研究，从而通过实验方法模仿类似结构制备超疏水材料；另一方面，直接在一定的基底上构筑微纳米结构，从而实现超疏水性能。超疏水表面的制备方法有很多种，主要出发点有两种：第一是在超疏水材料的表面构筑粗糙的微纳米级别的结构：第二是对表面进行化学改性，在表面形成具有低表面能的纳米结构。目前制备超疏水表面的方法有很多种，例如：构筑法、电仿技术、模板法、压印法等。但是部分的方法所制得的超疏水织物不具有较好机械与化学性能的，且织物与超疏水织物的粘接强度差。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，先通过二氧化硅颗粒在表面构筑粗糙结构，再通过硅烷偶联剂加以修饰结合，从而制备具有较好机械与化学性能的超疏水织物，解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将硅酸四乙酯加入到含有乙醇、去离子水、25％氨水的溶液中，搅拌后再加入硅酸四乙酯继续反应，制得二氧化硅纳米颗粒，然后通过离心、烘干、用乙醇分散，制得二氧化硅的乙醇悬浮液；

(2)将硅烷偶联剂滴加到乙醇中，在室温下均匀搅拌，然后加入所述二氧化硅的乙醇悬浮液，分散均匀，得到超疏水涂层液；

(3)将织物放入所述超疏水涂层液中浸渍，取出干燥，得到超疏水的织物表面。

进一步的，步骤(1)中所述将硅酸四乙酯加入到含有乙醇、去离子水、25％氨水的溶液中，搅拌后再加入硅酸四乙酯继续反应，制得二氧化硅纳米颗粒，包括：将1.5ml硅酸四乙酯加入到含有50ml的乙醇、1ml的去离子水、3ml的25％氨水的溶液中，搅拌后再加入1ml的硅酸四乙酯继续反应，制得二氧化硅纳米颗粒。

进一步的，步骤(1)中所述搅拌温度为40℃，搅拌时间为4h，继续反应时间为12h。

进一步的，步骤(1)中所述二氧化硅的乙醇悬浮液中二氧化硅的量为0.2g，乙醇的量为3ml。

进一步的，步骤(2)中所述硅烷偶联剂为200微升，乙醇为15ml。

进一步的，步骤(2)中所述在室温下均匀搅拌的时间为20min。

进一步的，步骤(3)中所述织物在使用前依次经过丙酮、无水乙醇超声清洗，并烘干。

进一步的，步骤(3)中所述浸渍的时间为10min-120min。

本发明的优点是：所制得的超疏水织物表面具有良好的机械性能，化学性能稳定，并且该制备工艺简便易于操作、反应条件温和、原料如硅烷偶联剂等成本低易于获取，产物可应用于自清洁、乳液分离等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的EDS能谱图；

图2为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的红外图谱图；

图3为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的SEM图；

图4为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的水的静态接触角图；

图5为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面经过1000次摩擦后所具备的疏水性能图；

图6为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面分别在酸碱溶液中浸渍24h后所具备的疏水性能图。

具体实施方式

本发明提供一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：

一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备；

(2)涂层液的制备；

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，包括：

步骤一：将硅酸四乙酯加入到含有乙醇、去离子水、25％氨水的溶液中，搅拌后再加入硅酸四乙酯继续反应，制得二氧化硅纳米颗粒，然后通过离心、烘干、用乙醇分散，制得二氧化硅的乙醇悬浮液；

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5ml硅酸四乙酯加入到含有50ml的乙醇、1ml的去离子水、3ml的25％氨水的溶液中，在温度为40℃的条件下搅拌4h后再加入1ml的硅酸四乙酯继续反应，制得二氧化硅纳米颗粒，然后通过离心、烘干、用乙醇分散，制得二氧化硅的乙醇悬浮液，所述二氧化硅的乙醇悬浮液中二氧化硅的量为0.2g，乙醇的量为3ml；

步骤二：将硅烷偶联剂滴加到乙醇中，在室温下均匀搅拌，然后加入所述二氧化硅的乙醇悬浮液，分散均匀，得到超疏水涂层液；

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将200微升硅烷偶联剂滴加到15ml乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，然后加入所述二氧化硅的乙醇悬浮液，分散均匀，得到超疏水涂层液。

步骤三：将织物放入所述超疏水涂层液中浸渍，取出干燥，得到超疏水的织物表面。

在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：先将织物在使用前依次经过丙酮、无水乙醇超声清洗，并烘干，然后将织物放入所述超疏水涂层液中浸渍10min-120min，最优选择为30min，取出干燥，得到超疏水的织物表面。

上述步骤所得实验结果请参阅图1-图4，请参阅图1，图1为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的EDS能谱图。如图1所示，图1中Si元素的峰特别明显，由此可以看织物表面已经被二氧化硅颗粒覆盖。

请参阅图2，图2为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的红外图谱图。如图2所示，1093cm-1强而宽的吸收带是Si-O-Si键对称伸缩振动，799cm^-1、467cm^-1处的峰为Si-O键伸缩振动和弯曲振动，说明二氧化硅纳米颗粒已经附着在超疏水织物表面。

请参阅图3，图3为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的SEM图。图3(a)呈现的是未处理的棉布的表面形貌，表面光滑，没有任何微纳米结构；如图3(b)(c)所示，通过该方法制备的超疏水织物表面纤维的微观形貌，可以看出表面均匀覆盖一层二氧化硅纳米颗粒。

请参阅图4，图4为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面的水的静态接触角图。如图4所示，通过该方法法制得的超疏水织物表面的水接触角为161.2°，说明本方式制备的织物表面具有优异的超疏性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：TEOS：硅酸四乙酯；EDS图：能谱图；SEM图：电子扫描显像图。

实施例一

本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械与化学性能，并且可用于乳液分离的超疏水表面：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备

在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的TEOS加入到含50mL乙醇，1mL去离子水，3mL25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12小时，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。

(2)涂层液的制备

将200微升的硅烷偶联剂滴加到15ml的乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.2g二氧化硅的悬浮液，分散均匀，即可得到超疏水涂层液。

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备

将织物放入溶液中浸渍10min，取出干燥，得到一种超疏水的织物表面。

实施例二

本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械与化学性能，并且可用于乳液分离的超疏水表面：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备

在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的TEOS加入到含50mL乙醇，1mL去离子水，3mL25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12小时，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。

(2)涂层液的制备

将200微升的硅烷偶联剂滴加到15ml的乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.2g二氧化硅的悬浮液，分散均匀，即可得到超疏水涂层液。

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备

将织物放入溶液中浸渍20min，取出干燥，得到一种超疏水的织物表面。

实施例三

本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械与化学性能，并且可用于乳液分离的超疏水表面：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备

在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的TEOS加入到含50mL乙醇，1mL去离子水，3mL25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12小时，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。

(2)涂层液的制备

将200微升的硅烷偶联剂滴加到15ml的乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.2g二氧化硅的悬浮液，分散均匀，即可得到超疏水涂层液。

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备

将织物放入溶液中浸渍0.5h，取出干燥，得到一种超疏水的织物表面。

实施例四

本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械与化学性能，并且可用于乳液分离的超疏水表面：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备

在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的TEOS加入到含50mL乙醇，1mL去离子水，3mL25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12小时，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。

(2)涂层液的制备

将200微升的硅烷偶联剂滴加到15ml的乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.2g二氧化硅的悬浮液，分散均匀，即可得到超疏水涂层液。

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备

将织物放入溶液中浸渍1h，取出干燥，得到一种超疏水的织物表面。

实施例五

本实施方式按照如下步骤制备具有较好机械与化学性能，并且可用于乳液分离的超疏水表面：

(1)二氧化硅纳米颗粒的制备

在一个实施案例中，该步骤可以具体如下执行：将1.5mL的TEOS加入到含50mL乙醇，1mL去离子水，3mL25％氨水的溶液中，在40℃下搅拌4h，然后再加入1mL的TEOS继续反应12小时，得到的二氧化硅纳米颗粒通过离心，烘干，用乙醇分散以备用。

(2)涂层液的制备

将200微升的硅烷偶联剂滴加到15ml的乙醇中，在室温下均匀搅拌20min，在得到的溶液中加入含3mL乙醇，0.2g二氧化硅的悬浮液，分散均匀，即可得到超疏水涂层液。

(3)具有良好机械与化学性能的超疏水织物表面的制备

将织物放入溶液中浸渍2h，取出干燥，得到一种超疏水的织物表面。

在以上五个实施例中，所制得的超疏水表面具有良好的疏水性能。具体请参阅图5-6，图5为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面经过1000次摩擦后所具备的疏水性能图，图6为本发明所述的一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法所制备的超疏水表面分别在酸碱溶液中浸渍24h后所具备的疏水性能图。如图5所示，通过该方法法制备的超疏水织物表面在经过1000次的摩擦之后仍然保持良好的疏水性能，水接触角保持在140°以上。如图6(a)(b)所示，通过该方法制备的超疏水织物表面在酸碱中浸渍24h之后仍然保持良好的疏水性能，水接触角保持在150°以上。

综上所述，本发明公开了一种用于乳液分离的超疏水表面的制备方法，先通过二氧化硅颗粒在表面构筑粗糙结构，再通过硅烷偶联剂加以修饰结合，从而制备具有较好机械与化学性能的超疏水织物。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起可提高材料的性能和增加粘接强度的作用，所制得的织物表面具有机械性能良好的，化学性能稳定的优点，并且该制备工艺简便易于操作、反应条件温和、原料如硅烷偶联剂等成本低易于获取，产物可应用于自清洁、乳液分离。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。