一种可同时用于自清洁涂层和原油运输的超双疏SiO2粉末的制备方法与流程

本发明属于超双疏粉末制备技术领域，特别涉及可制备可同时用于自清洁涂层和原油运输的简单低成本超双疏sio2纳米粉末的方法。

背景技术：

20世纪90年代以来，基于“荷叶效应”构筑的超疏水表面的迅速发展，其在水环境下的疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等方面应用广泛。然而，固体表面不只会接触到水，也可能接触到其他表面张力相对较小的液体，如二氯乙烷、十六烷、柴油、润滑油等，这些油容易浸润疏水表面的微结构，从而影响超疏水表面在油污环境下的疏水、自清洁性、抗结冰、防雾等性能。鉴于此，超双疏表面的诞生有望解决油、水以及油水共存环境下的自清洁性、抗结冰、防雾问题，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。

超双疏sio2纳米颗粒，具有良好的超疏水和超疏油性能，从而可以将其运用于油水共存工作环境下的超双疏涂层。更重要的是，超双疏sio2纳米颗粒能够超疏原油，且原油在其表面的黏附力极小，故可以将其运用于超双疏管线涂层材料，使其在石油运输、化工行业中具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产超双疏sio2纳米颗粒的方法，解决了超双疏材料制备步骤繁杂，生产成本高，实用性差的问题。将混合溶液在常温下搅拌制备sio2纳米颗粒，随后将制备的干燥的颗粒投入修饰液中修饰，获得的颗粒具备良好的超疏水和超疏油性能。

实现本发明目的的技术方案是：一种可同时用于自清洁涂层和原油运输的超双疏sio2粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.sio2纳米颗粒的制备：取一定量的正硅酸乙酯滴加到适量的无水乙醇中，在磁力搅拌机下搅拌一段时间形成无色透明溶液，接着向上述溶液中加入一定量的强还原性化合物，把装有三种物质的混合溶液的容器放在常温下磁力搅拌10h，待反应结束后，通过抽滤，不断用乙醇和去离子水清洗，之后在60℃真空环境下干燥得到白色固体，用研钵轻轻的将上述固体研磨成粉末，从而完成sio2纳米颗粒的制备；

b.低表面能的修饰：将步骤a中制备的粉末加入到50ml一定浓度的含氟修饰剂和正己烷混合的溶液中，在室温下磁力搅拌2h，通过过滤，真空干燥得到超双疏粉末。

进一步地，步骤a中，强还原性化合物为联肼。

进一步地，步骤a中，正硅酸乙酯，联肼和乙醇体积之比为2：1：30。

进一步地，步骤a中，所得sio2纳米颗粒，粒径为30～50nm。

进一步地，步骤b中，含氟修饰剂为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷。

进一步地，步骤b中，一定浓度的含氟修饰剂浓度为0.5％(体积分数)。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

c.超双疏粉末超双疏性能的测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在玻璃表面，用注射器依次将5μl的水、十六烷、原油分别滴在有粉末覆盖的玻璃表面，测量油滴在其表面的接触角；

d.超双疏粉末自清洁性能测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在玻璃表面，在表面撒下少许活性炭粉，分别用水、柴油冲洗活性炭粉，并通过检测表面是否残留黑色的碳粉来判断清洁效果；

e.原油运输性能的测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在u型槽的内壁，将u型槽倾斜放置，通过滴管从u型槽上部快速滴加原油，观察原油的流动情况，并通过检测u型槽内壁是否有原油残留来判断其运输效果。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，节约能源，成本低廉；

2.制备的sio2纳米颗粒粒径约为30～50nm，经1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷修饰后，具有稳定的超双疏性能；

3.制备的超疏水颗粒具有超疏水/超疏油性，水的接触角大于150°，滚动角均小于6°；油的接触角大于150°，滚动角均小于10°。

4.该超疏水粉末可同时用于超双疏涂层和原油运输。

附图说明

图1：实施例1所得sio2纳米颗粒的扫描电镜图，其中(a)是高倍电镜图，(b)是低倍电镜图。

图2：实施例1所得修饰后的sio2纳米颗粒的超双疏性能，其中(a)是水在超双疏涂层表面的接触角，(b)是十六烷在超双疏涂层表面的接触角，(c)是原油在超双疏涂层表面的接触角，(d)是原油在超双疏涂层表面的滚动角。

图3：实施例1超双疏sio2纳米颗粒涂层的自清洁效果。

图4：实施例2超双疏sio2纳米颗粒运输原油的效果。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

实施例1

(1)sio2纳米颗粒的制备：将2ml正硅酸乙酯加入到30ml的乙醇中，在磁力搅拌下形成透明溶液一，之后，将1ml联肼加入溶液一中，将混合溶液在室温下磁力搅拌10h。待反应结束后，通过抽滤，不断用乙醇和去离子水清洗，之后在60℃真空环境下干燥得到白色固体，用研钵轻轻的将上述固体研磨成粉末，从而完成球状sio2纳米颗粒的制备。

(2)低表面能的修饰：将制备的粉末加入到50ml0.5％1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷和正己烷混合的溶液中，在室温下磁力搅拌2h，通过过滤，真空干燥得到超双疏粉末。

(3)超双疏粉末超双疏性能的测试：将一定量的粉末通过双面胶粘在玻璃表面，用注射器依次将5μl的水、十六烷、原油分别滴在有粉末覆盖的玻璃表面，测量油滴在其表面的接触角。如图2所示：水、十六烷、原油在粉末表面的接触角均大于150°，而且原油在其表面的滚动角小于10°，这说明所制备的sio2纳米颗粒具有良好的超疏水性能。

(4)自清洁涂层：用双面胶将0.1g的超双疏粉末粘在玻璃表面，在表面撒下少许活性炭粉，分别用水、柴油冲洗活性炭粉，并通过检测表面是否残留黑色的碳粉来判断清洁效果。如图3所示：无论是在水还是柴油的冲洗作用下，涂层表面上附着的活性炭粉都能够轻易地被水或柴油带走，而且没有丝毫的粉末残留在表面，这说所制备的涂层具有良好的自清洁性能。

实施例2

(1)sio2纳米颗粒制备：将2ml正硅酸乙酯加入到30ml的乙醇中，在磁力搅拌下形成透明溶液一，之后，将1ml联肼加入溶液一中，将混合溶液在室温下磁力搅拌10h。待反应结束后，通过抽滤，不断用乙醇和去离子水清洗，之后在60℃真空环境下干燥得到白色固体，用研钵轻轻的将上述固体研磨成粉末，用研钵轻轻的将上述固体研磨成粉末，从而完成球状sio2纳米颗粒的制备。

(2)低表面能的修饰：将制备的粉末加入到50ml0.5％1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷正己烷混合的溶液中，在室温下磁力搅拌2h，通过过滤，真空干燥得到超双疏粉末。

(3)原油运输：将一定量的粉末通过双面胶粘在u型槽的内壁，将u型槽倾斜放置，通过滴管从u型槽上部快速滴加原油，观察原油的流动情况，并通过检测u型槽内壁是否有原油残留来判断其运输效果。如图4所示：对于原始的u型槽，水滴或者原油都会粘附在其表面；对于涂覆有普通超疏水粉末的u型槽，尽管疏水性能良好，但是原油会润湿并粘附在其表面；而对于涂覆有本施例中制备的超双疏sio2纳米颗粒的u型槽，水和原油都不会粘附在表面，能轻易的从表面流下来，并且不会留下痕迹，这说明所制备的sio2纳米颗粒具有良好的原油运输性能。

本发明包括了sio2粉末制备，低表面能修饰，超双疏粉末应用于自清洁涂层以及原油运输等步骤。该超双疏粉末具备良好的超疏水/超疏油性能，对水的接触角均大于150°，滚动角小于6°；对油(二氯乙烷、十六烷、柴油、原油)的接触角均大于150°，滚动角小于10°，能够用于制作超双疏的自清洁涂层也可喷涂在管道内壁用于原油运输。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备和应用，既能应用于建筑、交通、甚至军事设备表面形成超双疏涂层，同时也适用于的石油开采设备、工业管道运输等领域。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。