本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种纳米二氧化钛疏水膜。
背景技术：
近年来，受“荷叶效应”的启发而发展起来的超疏水性材料在自清洁、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用激发了学术界和工业界的广泛兴趣。超疏水材料是一种对水具有排斥性的材料，材料表面与水的接触角大于150°，水滴在其表面无法滑动铺展而保持球型滚动状，从而达到滚动自清洁的效果。由于超疏水性材料的特殊浸润性，使得其在自清洁、防腐蚀、防雾、流体减阻、油水分离、增加载重、防雾防冰冻、微流体控制等领域有着广泛的潜在应用。
研究发现，材料表面的粗糙度和自由能是实现其超疏水性的两个关键条件。据此，科研人员已采取多种方法来构建超疏水表面，如：溶胶凝胶法、等离子体刻蚀法、化学浴法、静电喷涂法、逐层吸附法等等，但能用于大规模应用生产的制备方法较少。纳米级二氧化钛，有优异的紫外线吸收、光催化杀菌、分解有机污染物等性能，在抗菌防霉、排气净化、脱臭、水处理、防污、耐候抗老化、汽车面漆等领域有着广泛的应用。引入介孔微结构，将纳米二氧化钛的光催化能力与超亲/疏水性能相结合，制备更具潜力的功能性薄膜，用于彻底自清洁、防污抗氧化、防雾杀菌等领域，同时采用便捷的制备方法以利于其大规模应用，已经成为环境催化领域非常重要的研究方向之一，对人们的日常生活也具有重大影响。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种纳米二氧化钛疏水膜，本发明方法简便，工艺条件温和，生产成本低，材料结构稳定，未经过高温破坏，纳米材料的光催化性能保留完整，同时表面微粗糙化效果好，大大提高了其疏水性能。
一种纳米二氧化钛疏水膜，其制备方法如下：
步骤1，将钛酸丁酯搅拌加入至甲醇中，密封搅拌2-4h，然后加入苯酮，进行回流搅拌1-3h，得到钛酸前驱液；
步骤2，将油酸和己内酰胺加入至钛酸前驱液内，进行密封反应2-4h；
步骤3，在步骤2中的反应液中加入含氯甲基聚硅氧烷，密封加压反应2-4h；
步骤4，将步骤3的反应液放入旋转蒸发仪，进行旋蒸换液2-4h；
步骤5，在步骤4中的反应液内加入水性分散剂进行密封搅拌反应2-4h；
步骤6，将步骤5中的搅拌液均匀涂覆在基底材料上，低温挤压烘干2-3h，红外烘箱干燥1-2h，冷却后即可得到纳米二氧化钛疏水膜。
所述疏水膜的配方如下：
钛酸丁酯10-15份、甲醇20-30份、苯酮3-5份、油酸1-3份、己内酰胺3-7份、含氯甲基聚硅氧烷12-17份、水性分散剂2-4份。
所述水性分散剂采用聚甲基丙烯酸、聚（甲基）丙烯酸聚氧乙（丙）烯醚酯或聚烯丙醇聚氧乙（丙）烯醚中的一种。
所述步骤1中的回流搅拌采用密封回流搅拌，所述回流流速为10-15mL/min，所述回流温度为40-60℃，所述搅拌速度为500-1200r/min；采用回流搅拌能够保证苯酮与钛酸丁酯的充分搅拌，同时能够增加两者在甲醇中的溶解性。
所述步骤2中的密封反应温度为120-150℃，所述压力为0.5-1.1MPa，所述密封反应采用空气冷却回流，采用密封反应的方式能够将油酸与钛酸丁酯反应，在钛酸丁酯表面形成疏水覆膜。
所述步骤3中的密封加压反应采用二梯度加压反应，所述压力分别为0.3-0.5MPa和0.8-1.0MPa，所述梯度加压反应的时间比为0.3-1.5，该步骤采用梯度加压的方式能够充分保证含氯甲基聚硅氧烷在甲醇溶剂中的反应，提高分散性，同时也能够保证含氯甲基聚硅氧烷与己内酰胺之间疏水链反应。
所述步骤4中的旋蒸换液采用的添加液为去离子水，所述旋蒸换液反应采用水浴蒸馏法，所述旋蒸换液的水浴温度为60-80℃，所述去离子水的添加量与甲醇一致，所述去离子水的添加速度为5-10mL/min；该步骤采用旋蒸换液的方法将甲醇与去离子水进行置换，不仅能够将钛酸丁酯水解为二氧化钛，能够保证二氧化钛的平稳水解，防止二氧化钛的凝聚，同时，水解过程中，二氧化钛表面立即覆盖有疏水物质，同时在置换过程中将疏水物质与二氧化钛相复合。
所述旋蒸换液反应中去离子水作为甲醇蒸汽回收的冷凝水；将去离子水不仅作为冷凝水同时作为反应液，降低了去离子水升温过程，同时也降低资源利用。
所述步骤5中的搅拌速度为1000-1500r/min，所述密封反应的压力为2-4MPa，通过加压搅拌的反应能够将水性分散剂溶解速度加快，同时在搅拌过程中，将分散剂充分附着在二氧化钛表层，增加分散性二氧化钛分散性。
所述步骤6中的低温挤压烘干的温度为60-80℃，挤压压力为12-20MPa，所述红外烘干温度为150-180℃；该步骤内采用低温挤压的方式进行烘干，能够在低温下将二氧化钛薄膜进行挤压，快速去除水分的同时将疏水性物质挤压，降低孔隙；经孔隙降低后的二氧化钛薄膜经红外烘干，不仅起到二氧化钛激活作用，同时能够进一步降低水分，带来表面的微粗糙化，有助于荷叶现象的产生。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明方法简便，工艺条件温和，生产成本低，材料结构稳定，未经过高温破坏，纳米材料的光催化性能保留完整，同时表面微粗糙化效果好，大大提高了其疏水性能。
2、本发明以钛酸丁酯作为原材料，在进行钛酸丁酯水解过程中，同时进行二氧化钛表层疏水化改性，通过蒸馏换液的反应方式将二氧化钛表面的亲水性转化为疏水性，最后经由挤压烘干与红外二次烘干，将膜层表面孔隙降低，并保证表面微粗糙化，形成荷叶效应。
3、本发明对环境无特殊要求，生产过程中对环境污染小，甲醇等物质均可回收利用，易于进行工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种纳米二氧化钛疏水膜，其制备方法如下：
步骤1，将钛酸丁酯搅拌加入至甲醇中，密封搅拌2-4h，然后加入苯酮，进行回流搅拌1h，得到钛酸前驱液；
步骤2，将油酸和己内酰胺加入至钛酸前驱液内，进行密封反应2h；
步骤3，在步骤2中的反应液中加入含氯甲基聚硅氧烷，密封加压反应2h；
步骤4，将步骤3的反应液放入旋转蒸发仪，进行旋蒸换液2h；
步骤5，在步骤4中的反应液内加入水性分散剂进行密封搅拌反应2h；
步骤6，将步骤5中的搅拌液均匀涂覆在基底材料上，低温挤压烘干2h，红外烘箱干燥1h，冷却后即可得到纳米二氧化钛疏水膜。
所述疏水膜的配方如下：
钛酸丁酯10份、甲醇20份、苯酮3份、油酸1份、己内酰胺3份、含氯甲基聚硅氧烷12份、水性分散剂2份。
所述水性分散剂采用聚甲基丙烯酸。
所述步骤1中的回流搅拌采用密封回流搅拌，所述回流流速为10mL/min，所述回流温度为40℃，所述搅拌速度为500r/min。
所述步骤2中的密封反应温度为120℃，所述压力为0.5MPa，所述密封反应采用空气冷却回流。
所述步骤3中的密封加压反应采用二梯度加压反应，所述压力分别为0.3MPa和0.8MPa，所述梯度加压反应的时间比为0.3。
所述步骤4中的旋蒸换液采用的添加液为去离子水，所述旋蒸换液反应采用水浴蒸馏法，所述旋蒸换液的水浴温度为60℃，所述去离子水的添加量与甲醇一致，所述去离子水的添加速度为5mL/min。
所述旋蒸换液反应中去离子水作为甲醇蒸汽回收的冷凝水。
所述步骤5中的搅拌速度为1000r/min，所述密封反应的压力为2MPa。
所述步骤6中的低温挤压烘干的温度为60℃，挤压压力为12MPa，所述红外烘干温度为150℃。
采用接触角测试仪测试二氧化钛薄膜的润湿性，二氧化钛薄膜对水的润湿性呈疏水状态，接触角为160°。
实施例2
一种纳米二氧化钛疏水膜，其制备方法如下：
步骤1，将钛酸丁酯搅拌加入至甲醇中，密封搅拌4h，然后加入苯酮，进行回流搅拌3h，得到钛酸前驱液；
步骤2，将油酸和己内酰胺加入至钛酸前驱液内，进行密封反应4h；
步骤3，在步骤2中的反应液中加入含氯甲基聚硅氧烷，密封加压反应4h；
步骤4，将步骤3的反应液放入旋转蒸发仪，进行旋蒸换液4h；
步骤5，在步骤4中的反应液内加入水性分散剂进行密封搅拌反应4h；
步骤6，将步骤5中的搅拌液均匀涂覆在基底材料上，低温挤压烘干3h，红外烘箱干燥2h，冷却后即可得到纳米二氧化钛疏水膜。
所述疏水膜的配方如下：
钛酸丁酯15份、甲醇30份、苯酮5份、油酸3份、己内酰胺7份、含氯甲基聚硅氧烷17份、水性分散剂4份。
所述水性分散剂采用聚（甲基）丙烯酸聚氧乙（丙）烯醚酯。
所述步骤1中的回流搅拌采用密封回流搅拌，所述回流流速为15mL/min，所述回流温度为60℃，所述搅拌速度为1200r/min。
所述步骤2中的密封反应温度为150℃，所述压力为1.1MPa，所述密封反应采用空气冷却回流。
所述步骤3中的密封加压反应采用二梯度加压反应，所述压力分别为0.5MPa和1.0MPa，所述梯度加压反应的时间比为1.5。
所述步骤4中的旋蒸换液采用的添加液为去离子水，所述旋蒸换液反应采用水浴蒸馏法，所述旋蒸换液的水浴温度为80℃，所述去离子水的添加量与甲醇一致，所述去离子水的添加速度为10mL/min。
所述旋蒸换液反应中去离子水作为甲醇蒸汽回收的冷凝水。
所述步骤5中的搅拌速度为1500r/min，所述密封反应的压力为4MPa。
所述步骤6中的低温挤压烘干的温度为80℃，挤压压力为20MPa，所述红外烘干温度为180℃。
采用接触角测试仪测试二氧化钛薄膜的润湿性，二氧化钛薄膜对水的润湿性呈疏水状态，接触角为156°。
实施例3
一种纳米二氧化钛疏水膜，其制备方法如下：
步骤1，将钛酸丁酯搅拌加入至甲醇中，密封搅拌3h，然后加入苯酮，进行回流搅拌2h，得到钛酸前驱液；
步骤2，将油酸和己内酰胺加入至钛酸前驱液内，进行密封反应3h；
步骤3，在步骤2中的反应液中加入含氯甲基聚硅氧烷，密封加压反应3h；
步骤4，将步骤3的反应液放入旋转蒸发仪，进行旋蒸换液3h；
步骤5，在步骤4中的反应液内加入水性分散剂进行密封搅拌反应3h；
步骤6，将步骤5中的搅拌液均匀涂覆在基底材料上，低温挤压烘干2h，红外烘箱干燥2h，冷却后即可得到纳米二氧化钛疏水膜。
所述疏水膜的配方如下：
钛酸丁酯12份、甲醇22份、苯酮3份、油酸3份、己内酰胺5份、含氯甲基聚硅氧烷15份、水性分散剂3份。
所述水性分散剂采用聚烯丙醇聚氧乙（丙）烯醚。
所述步骤1中的回流搅拌采用密封回流搅拌，所述回流流速为15mL/min，所述回流温度为45℃，所述搅拌速度为900r/min。
所述步骤2中的密封反应温度为125℃，所述压力为0.7MPa，所述密封反应采用空气冷却回流。
所述步骤3中的密封加压反应采用二梯度加压反应，所述压力分别为0.3MPa和0.9MPa，所述梯度加压反应的时间比为1.2。
所述步骤4中的旋蒸换液采用的添加液为去离子水，所述旋蒸换液反应采用水浴蒸馏法，所述旋蒸换液的水浴温度为75℃，所述去离子水的添加量与甲醇一致，所述去离子水的添加速度为9mL/min。
所述旋蒸换液反应中去离子水作为甲醇蒸汽回收的冷凝水。
所述步骤5中的搅拌速度为1300r/min，所述密封反应的压力为2MPa。
所述步骤6中的低温挤压烘干的温度为65℃，挤压压力为14MPa，所述红外烘干温度为165℃。
采用接触角测试仪测试二氧化钛薄膜的润湿性，二氧化钛薄膜对水的润湿性呈疏水状态，接触角为165°。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。