本發(fā)明涉及一種包含納米材料的改性劑。

背景技術(shù)：

固體表面的浸潤性通常由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)決定的。近年來，超疏水性表面由于其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人呢日常生活中廣闊的應(yīng)用前景，如：油水分離、防腐蝕、自清潔、防水、防污、減阻涂層等，逐漸引起了人們的普遍關(guān)注。所謂超疏水表面一般是指與水的接觸角大于150°的表面，一般來說，超疏水性表面可以通過在疏水材料表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)，或在固體表面上修飾低表面能物質(zhì)來實現(xiàn)。

盡管目前已報道了許多超疏水性改性劑的組成與制備手段和方法，但是其在超疏水表面構(gòu)成的實際應(yīng)用還未能普及，尤其是簡單經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的制備方法有待開發(fā)?，F(xiàn)有報道的大多數(shù)超疏水表面改性劑的制備過程中均涉及到用較昂貴的低表面能物質(zhì)，如含環(huán)氧樹脂、多巴胺、有機(jī)氟或有機(jī)硅材料的化合物來降低表面的表面能，而且這些材料也普遍存在溫度變化適應(yīng)性較差等缺陷。不僅如此，構(gòu)建粗糙疏水表面的許多方法，如電化學(xué)沉積、溶膠凝膠工藝、光刻蝕、層層自組裝等，都會涉及到特定的設(shè)備、苛刻的條件和較長的周期，難以用于低成本大規(guī)模超疏水材料的制備(cn104449357a，2015.03.25，全文；cn103623709b，2015.07.01，全文；cn103305122b，2015.10.21，全文；cn102766269a，2012.11.07，全文；cn103951843a，2014.07.30，全文；cn102619093b，2014.05.21，全文.)。相比之下，氟硅聚合物、硅氧烷聚合物等不僅具有較低的表面能，同時兼具環(huán)境友好、耐溫度變化、抗輻射和優(yōu)異的循環(huán)使用穩(wěn)定性能，在溫和制備條件下可發(fā)生枝接聚合，牢固負(fù)載于被改性固體材料表面，而且價格低廉，適用于大面積涂布。結(jié)合納米粒子助劑等固有的高比表面特性，可以在固體材料表面形成微納米級突起、溝槽等粗糙結(jié)構(gòu)，使得原本固-液接觸相部分被截留的空氣取代，形成固-液-氣三相接觸面，因而降低了固液接觸面，液滴更容易滾落，最終形成超疏水表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中改性材料疏水性能較差、穩(wěn)定性能較差問題，提供一種新的包含納米材料的改性劑。該方法具有高穩(wěn)定性、高疏水性的優(yōu)點。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種包含納米材料的改性劑，將納米材料溶解于疏水性有機(jī)硅化合物配劑中，攪拌至完全溶解，得到所述包含納米材料的改性劑；其中，納米材料選自二氧化硅的納米顆粒、納米線或納米帶；所述疏水性有機(jī)硅化合物配劑選自聚二甲基硅氧烷和八甲基環(huán)四硅氧烷固化劑的正己烷或乙酸乙酯混合溶液，或含氟硅烷的乙醇溶液。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，納米材料與疏水性有機(jī)硅化合物配劑的質(zhì)量比為0.05～0.2。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，聚二甲基硅氧烷和八甲基環(huán)四硅氧烷固化劑的質(zhì)量比為5～10；聚二甲基硅氧烷與納米材料的復(fù)配比例為1～6。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，氟硅烷與納米材料的質(zhì)量比為0.25～1；含氟硅烷乙醇溶液的濃度為3mg/ml～8mg/ml。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，機(jī)械攪拌時間>4小時。

本發(fā)明所涉及的納米改性劑原液粘合力較高，在固體材料表面構(gòu)造的粗糙二級結(jié)構(gòu)排列較為無規(guī)，因而能夠承受一定的損傷并保持良好的超疏水性能，同時原液造價低廉、無毒環(huán)保，易于擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模。

附圖說明

圖1為實施例1所得納米改性劑原液改性產(chǎn)品表面的掃描電子顯微鏡(sem)表征結(jié)果；

圖2為實施例1中改性后海綿體產(chǎn)品與水滴接觸照片；

圖3為實施例1所得改性海綿材料30次油水分離循環(huán)使用穩(wěn)定性測試結(jié)果；

圖4為實施例7所得納米改性劑原液的tem表征結(jié)果；

圖5為實施例7所所改性海綿材料與水潤濕角照片；

圖6為實施例8所得改性后海綿基底材料表面的sem照片；

圖7為實施例9所得納米改性劑原液的tem表征結(jié)果；

圖8為實施例10所得改性海綿基底材料表面微觀形貌sem照片；

下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實施例。

具體實施方式

【實施例1】

(1)稱取2克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，7克聚二甲基硅氧烷，1.2克八甲基環(huán)四硅氧烷溶解于200毫升正己烷中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機(jī)械攪拌6小時至溶解，得到改性劑原液。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

圖1為實施例1所得海綿材料表面改性前后的掃描電子顯微鏡表征，通過觀察顯示改性后的樣品表面包裹了大量納米顆粒，堆積在一起的納米顆粒團(tuán)簇形成了微米-納米級結(jié)構(gòu)和凹凸不平的褶皺，大幅提升了基底材料的表面粗糙度；圖2為實施例1中改性后海綿體產(chǎn)品與水滴接觸照片，顯示其表面與水的浸潤角>150°，具有優(yōu)良的超疏水特性；圖3為實施例1所得產(chǎn)品進(jìn)行30次油水分離循環(huán)測試結(jié)果，證明該原液改性基底材料的穩(wěn)定性能優(yōu)良。

【實施例2】

(1)稱取1克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，12克聚二甲基硅氧烷，1.2克八甲基環(huán)四硅氧烷溶解于500毫升乙酸乙酯中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機(jī)械攪拌4小時至溶解，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

所得產(chǎn)品外觀、疏水性能、使用穩(wěn)定性與實施例1所得產(chǎn)品相似。

【實施例3】

(1)稱取20克疏水性氣相二氧化硅納米顆粒，200克聚二甲基硅氧烷，40克八甲基環(huán)四硅氧烷溶解于6升正己烷中，放置于單口燒瓶并用攪拌桿機(jī)械攪拌5小時至溶解，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將聚氨酯海綿基底材料浸漬于上述改性劑原液中12小時，去除烘干后置于120℃烘箱中硬化6小時，得到超疏水型改性海綿體材料。

所得產(chǎn)品外觀、疏水性能、循環(huán)穩(wěn)定性與實施例1所得產(chǎn)品相似，說明該原液放大生產(chǎn)后依然能夠保持良好的改性能力。

【實施例4】

(1)稱取2克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克氟硅烷溶解于200毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產(chǎn)品外觀、疏水性能、使用穩(wěn)定性與實施例1所得產(chǎn)品相似。

【實施例5】

(1)稱取0.6克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克氟硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產(chǎn)品外觀、疏水性能、使用穩(wěn)定性與實施例1所得產(chǎn)品相似。

【實施例6】

(1)稱取12克超疏水二氧化硅納米顆粒，6克氟硅烷溶解于800毫升乙醇中，磁子攪拌4小時，得到改性劑原液。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

所得產(chǎn)品外觀、疏水性能、使用穩(wěn)定性與實施例1所得產(chǎn)品相似。

【實施例7】

(1)稱取2克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克氟硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖4為實施例7所得納米改性劑原液透射電子顯微鏡(tem)照片，顯示其在氟硅烷乙醇溶液中分散性良好；

圖5為產(chǎn)品與水的靜態(tài)潤濕角照片，顯示所得產(chǎn)品潤濕角>150°，此外，其外觀與實施例1-6產(chǎn)品有所不同，呈現(xiàn)炭黑色，但疏水性能及其使用穩(wěn)定性與實施例1-6產(chǎn)品相似。

【實施例8】

(1)稱取2克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克氟硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖6為實施例8所得改性后海綿基底材料表面的sem照片，顯示銅納米線在其表面相互搭接，形成起伏不平的納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與納米級凹槽形貌。

該實施例所的產(chǎn)品的疏水性、使用穩(wěn)定性與實施例1相似。

【實施例9】

(1)稱取2克超疏水二氧化硅納米顆粒，0.6克氟硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖7為實施例9所得納米改性劑原液tem照片，顯示其在氟硅烷乙醇溶液中分散性良好；該實施例所的產(chǎn)品的疏水性、使用穩(wěn)定性與實施例1相似。

【實施例10】

(1)稱取2克二氧化硅納米帶，0.6克氟硅烷溶解于100毫升乙醇中，磁子攪拌4小時并超聲處理，得到所述包含納米材料的改性劑。

(2)將海綿基底材料浸漬于改性溶液中12小時，取出置于室溫下烘干3小時，得到超疏水海綿體樣品。

圖8為實施例10所得改性海綿基底材料表面微觀形貌sem照片，顯示二氧化硅納米帶也能夠在基底材料表面形成粗糙微納結(jié)構(gòu)；該實施例所的產(chǎn)品的疏水性、使用穩(wěn)定性與實施例1相似。

【實施例11】

最佳測試條件下，將實施例1-10制備的改性海綿體材料進(jìn)行水的接觸角測試，確定其超疏水性質(zhì)，如表1所示，本發(fā)明設(shè)計制備方法所得材料均具有超疏水特性：

表1