低成本的无氟超疏水材料的制备方法及其应用与流程

本申请涉及功能材料，具体涉及一种低成本的无氟超疏水材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、固体表面的润湿性常由接触角或滚动角表征，超疏水表面一般要求物体表面与水接触时所形成的接触角大于150°。超疏水表面因其优异的表面防护性能，在自清洁，防污、防腐、防冰和油水分离等众多领域具有广阔的前景。在基体表面制备超疏水表面的关键在于：(1)在基体表面构筑二元微纳米的粗糙结构；(2)用低表面能物质修饰以降低表面能。但现有技术的超疏水表面材料的制备工艺或产品大多使用到含氟涂料，而氟原子的强极性特征使其在低表面能超疏水涂层起着至关重要的作用，但氟类物质价格昂贵，并对人类健康以及环境问题都有着不小的危害。因此，开发出一种工艺成本低、容易制备、且耐蚀性和耐磨性优良的疏水涂层具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明一方面的目的在于提供一种低成本的无氟超疏水材料的制备方法。

2、为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、低成本的无氟超疏水材料的制备方法，包括以下步骤:

4、s1)去离子水溶解硅烷偶联剂；

5、s2)去离子水溶解纳米二氧化硅粉末；

6、s3)无水乙醇溶解硬脂酸；

7、s4)将步骤s1)与步骤s2)制得的水溶液混合搅拌，再将步骤s3)制备的乙醇溶液混合其中，搅拌6-8h，得到硬脂酸改性纳米二氧化硅溶液；

8、s5)将步骤s4)制备的硬脂酸改性纳米二氧化硅溶液，烘干，研磨过筛，得到疏水硬脂酸改性纳米二氧化硅。

9、优选的，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

10、优选的，步骤s4)中，硬脂酸改性纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅占比为1-3wt％，硅烷偶联剂占比为0.1-0.5wt％，硬脂酸占比为0.5-1.5wt％。

11、优选的，步骤s5)中，用100目筛网对粉末进行筛选。

12、本发明另一方面的目的在于提供一种低成本的无氟超疏水材料的应用。

13、本申请所述的低成本的无氟超疏水材料，用于制备疏水复合涂层。

14、在本申请的一种实施方式中，所述低成本的无氟超疏水材料用于制备环氧树脂复合改性二氧化硅疏水涂层，包括以下步骤：

15、ⅰ)将环氧树脂e44，聚二甲基硅氧烷和硬脂酸改性sio2，溶于丙酮与dmf混合的有机溶剂中；

16、ⅱ)将聚酰胺固化剂溶于丙酮与dmf混合的有机溶剂中；

17、ⅲ)将步骤ⅰ)和ⅱ)得到的溶液混合，搅拌4-6小时，得到环氧树脂硬脂酸改性sio2溶液；

18、ⅳ)将基体材料用砂纸打磨并超声清洗，将环氧树脂硬脂酸改性sio2溶液均匀的刷覆于基体材料上，在室温冷却后进行高温固化。

19、优选的，步骤ⅰ)中，硬脂酸改性sio2与环氧树脂的质量比为2.0:(1.0-1.2)。

20、优选的，步骤ⅰ)中，硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为2.0:(10-12)，

21、优选的，硬脂酸改性sio2与pdms(聚二甲基硅氧烷)的比例为2.0:(0.1-0.25)。

22、优选的，步骤ⅱ)中，聚酰胺固化剂与有机溶剂的质量比为(0.8-1.0):10。

23、优选的，步骤ⅲ)中，环氧树脂与聚酰胺固化剂的质量比为(1.0-1.2):(0.8-1.0)，硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为1.0:(10-12)。

24、优选的，有机溶剂中，丙酮与dmf的体积比为(1-3):10。

25、优选的，步骤ⅳ)中，涂层厚度为0.5-0.8cm，干燥时间为15-30min。

26、优选的，步骤ⅳ)中，高温固化时间为6-8小时。

27、在本申请的一种实施方式中，所述低成本的无氟超疏水材料用于制备热塑性聚氨酯(tpu)聚合改性二氧化硅疏水涂层，包括以下步骤：

28、ⅰ)将采用权利要求1～4任一项方法制备的硬脂酸改性sio2溶于丙酮与dmf混合的有机溶剂中，分散10-15min；

29、ⅱ)添加聚氨酯于步骤ⅰ)分散后的溶液中，搅拌4-6小时；

30、ⅲ)添加hdi三聚体固化剂于步骤ⅱ)搅拌后得到的溶液中，搅拌3-5min；

31、ⅳ)将基体材料用砂纸打磨，并超声清洗，将步骤ⅲ)搅拌后得到的溶液均匀的刷覆于基体材料上，进行室温干燥并固化。

32、优选的，硬脂酸改性sio2与聚氨酯的质量比为1.0:(1.0-1.2)，硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为1.0:(10-15)，聚氨酯与hdi三聚体固化剂的质量比为1:(0.8-1)。

33、优选的，有机溶剂中，丙酮与dmf的体积比为(1-3):10。

34、优选的，步骤ⅳ)中，涂层厚度为0.5-0.8cm，室温干燥时间为15-30min，固化时间为180-240min。

35、在本申请的一种实施方式中，所述低成本的无氟超疏水材料用于制备无溶剂紫外线固化胶聚合改性二氧化硅复合涂层，包括以下步骤：

36、步骤1)将紫外线固化胶与采用权利要求1～4任一项方法制备的硬脂酸改性sio2按质量比3：2的量加入容器中；

37、步骤2)向容器中加入没过于硬脂酸改性纳米二氧化硅的乙醇，搅拌30-60s；

38、步骤3)将基体材料用砂纸打磨，并超声清洗，将步骤2)搅拌后得到的溶液均匀的刷覆于基体材料上，进行固化。优选的，步骤ⅰ)中，硬脂酸改性sio2与环氧树脂的质量比为2.0:(1.0-1.2)；硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为2.0:(10-12)；硬脂酸改性sio2与聚二甲基硅氧烷的质量比为2.0:(0.1-0.25)。

39、优选的，涂层厚度为0.5-0.8cm；高温固化2小时，再户外紫外线固化6-8小时。

40、本申请中所述的(高温)固化温度为100-150℃。

41、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

42、(1)本申请制备的无氟超疏水材料未使用强酸强碱和含氟类硅烷偶联剂，绿色无毒，简单易行，并且能够大规模生产，与市场上现有的超疏水材料相比，成本降低了70％～80％。

43、(2)本申请选取的硅烷偶联剂kh550与kh792的一段能与纳米二氧化硅相连，r基中存在-nh2能与硬脂酸中的-cooh反应生成酰胺(-conh-)，并延长分子链长度，增加纳米颗粒的表面能(分子链增长)。

44、(3)采用本申请制备的无氟超疏水材料应用于制备的不同疏水涂层，接触角大于145°，能广泛应用到低端和高端产品领域。

技术特征：

1.低成本的无氟超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低成本的无氟超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

3.根据权利要求1所述的低成本的无氟超疏水材料的制备方法，其特征在于，步骤s4)中，硬脂酸改性纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅占比为1-3wt％，硅烷偶联剂占比为0.1-0.5wt％，硬脂酸占比为0.5-1.5wt％。

4.根据权利要求1所述的低成本的无氟超疏水材料的制备方法，其特征在于，步骤s5)中，用100目筛网对粉末进行筛选。

5.权利要求1～4任一项方法制备的低成本的无氟超疏水材料用于制备环氧树脂复合改性二氧化硅疏水涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的低成本的无氟超疏水材料用于制备环氧树脂复合改性二氧化硅疏水涂层的方法，其特征在于，步骤ⅰ)中，硬脂酸改性sio2与环氧树脂的质量比为2.0:(1.0-1.2)；硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为2.0:(10-12)；硬脂酸改性sio2与聚二甲基硅氧烷的质量比为2.0:(0.1-0.25)。

7.根据权利要求5所述的低成本的无氟超疏水材料用于制备环氧树脂复合改性二氧化硅疏水涂层的方法，其特征在于，步骤ⅱ)中，聚酰胺固化剂与有机溶剂的质量比为(0.8-1.0):10；步骤ⅲ)中，环氧树脂与聚酰胺固化剂的质量比为(1.0-1.2):(0.8-1.0)，硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为1.0:(10-12)。

8.权利要求1～4任一项方法制备的低成本的无氟超疏水材料用于制备热塑性聚氨酯聚合改性二氧化硅疏水涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的低成本的无氟超疏水材料用于制备热塑性聚氨酯聚合改性二氧化硅疏水涂层的方法，其特征在于，硬脂酸改性sio2与聚氨酯的质量比为1.0:(1.0-1.2)，硬脂酸改性sio2与有机溶剂的质量比为1.0:(10-15)，聚氨酯与hdi三聚体固化剂的质量比为1:(0.8-1)。

10.权利要求1～4任一项方法制备的低成本的无氟超疏水材料用于制备无溶剂紫外线固化胶聚合改性二氧化硅复合涂层的方法，包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及功能材料技术领域，公开了一种低成本的无氟超疏水材料的制备方法，包括以下步骤：分别用去离子水溶解硅烷偶联剂和纳米二氧化硅粉末，无水乙醇溶解硬脂酸；将硅烷偶联剂和纳米二氧化硅的水溶液混合搅拌，再将硬脂酸乙醇溶液混合其中，搅拌，得到硬脂酸改性纳米二氧化硅溶液；烘干，磨细，得到疏水硬脂酸改性纳米二氧化硅。本申请制备的无氟超疏水材料未使用强酸强碱和含氟类硅烷偶联剂，绿色无毒，简单易行，并且能够大规模生产，与市场上现有的超疏水材料相比，成本降低了70％～80％。采用本申请制备的无氟超疏水材料应用于制备的不同疏水涂层，接触角大于145°，能广泛应用到低端产品领域。

技术研发人员：胡军,郭涵龙,陈悦
受保护的技术使用者：陕西龙麟纳纤材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8