專利名稱：一種耐用性超疏水材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超疏水材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，自然界植物葉表面的特殊疏水界面性能引起了人們廣泛的關(guān)注，疏水性能是指材料表面與水滴的接觸角大于90°的表面,而超疏水表面一般指與水滴的接觸角大于150°的表面。受到自然界啟發(fā)制備的超疏水材料在國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有著極其廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)已有的對(duì)粗糙表面與浸潤性的研究結(jié)果，構(gòu)造超疏水性界面可以通過兩種途徑來完成:一種是在疏水材料(接觸角大于90° )表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)；另一種是在粗糙表面修飾低表面能物質(zhì)。研究結(jié)果表明:即使使用表面能最低的氟硅烷自組裝修飾的光滑固體表面與水的接觸角也不能超過120°，這說明低表面能材料只是制備超疏水表面的基本條件，而具不同微納米階層復(fù)合結(jié)構(gòu)才是決定性因素。目前已經(jīng)涌現(xiàn)出各種超疏水界面的制備方法，例如，密歇根理工大學(xué)Lee等人通過化學(xué)氣相沉積CVD方法在不銹鋼網(wǎng)孔膜上沉積一層碳納米管，使基體變成超疏水的網(wǎng)孔膜，使用這種網(wǎng)孔膜對(duì)油水乳液進(jìn)行分離，分離效率可達(dá)80%，但在使用沉積碳納米管膜之前需要使用PLD (脈沖激光沉積)預(yù)先在基體上沉積一層35nm厚的Al2O3膜和IOnm厚的Fe催化層，制備過程繁復(fù)，而且需要使用昂貴的儀器設(shè)備 。(Lee, C.H.; Johnson, N.;Drelich, J.;Yap, Y.K.The performanceof superhydrophobic and superoleophilic carbon nanotube meshes in water—oilfiltration.Carbon2011, 49, 669-676.)。南京工業(yè)大學(xué)Wang等人使用靜電紡絲技術(shù)在銅網(wǎng)基體上覆蓋熱塑性聚氨酯網(wǎng)孔纖維，然后浸沒于十六烷基三甲氧甲基硅烷修飾過的SiO2溶液中形成小珠與纖維交織的疏水聚氨酯材料，這種材料可以用來進(jìn)行水油混合物的分離。但是這種類似網(wǎng)狀的薄膜的超疏水分離材料需要使用靜電紡絲儀器設(shè)備制備，操作復(fù)雜，而且這種聚氨酯網(wǎng)孔纖維與銅網(wǎng)基體連接不牢固，容易脫落，反復(fù)使用幾次后材料會(huì)失去超疏水性能。(Wang, L.F.;Yang, S.Y.;ffang, J.;ffang, C.F.;Chen, L.Fabrication ofsuperhydrophobic TPU film for oil - water separation based on electrospinningroute.Mater.Lett.2011, 65, 869-872.)。人工合成制備的超疏水材料大部分需要使用較多的處理步驟和復(fù)雜昂貴的設(shè)備，提高了材料制備的成本和不確定因素，不利于超疏水材料的工業(yè)化生產(chǎn)，而且針對(duì)不同基體的疏水表面處理需要不同的處理工藝和儀器設(shè)備，同時(shí)制備的超疏水表層不耐外界機(jī)械作用力，容易與基體分離脫落，限制了超疏水材料的開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)一種簡單的快捷且不需昂貴設(shè)備的耐用性超疏水材料制備方法可開發(fā)多種類型的超疏水材料，降低生廣成本，提聞超疏水材料的使用壽命，具有廣闊的工業(yè)化如景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有制備超疏水材料的方法存在生廣成本聞和超疏水表層易脫落而失去疏水性能的問題，而提供一種耐用性超疏水材料的制備方法。本發(fā)明一種耐用性超疏水材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:一、制備納米顆粒分散液:在頻率為24KHz 40KHz的條件下，將粒徑為IOnm IOOOnm的納米顆粒超聲分散在水中，制得納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液；
二、制備基體與納米顆粒的復(fù)合材料:用鹽酸將步驟一制備的納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液調(diào)節(jié)pH為I 6，得到混合溶液，然后將基體置于混合溶液中完全浸潤，再將多巴胺加入到上述完全浸潤基體的混合溶液中，得到最終混合溶液，且最終混合溶液中多巴胺的濃度為0.5mg/mL 3mg/mL,最后在轉(zhuǎn)速為IOOrpm IOOOrpm的條件下攪拌6h 48h，攪拌停止后，將經(jīng)過處理后的基體取出，得到基體與納米顆粒的復(fù)合材料；三、洗滌及干燥:將步驟二得到的基體與納米顆粒的復(fù)合材料用蒸餾水進(jìn)行沖洗5次 10次，然后置于溫度為20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料；四、浸泡、洗滌及干燥:將步驟三得到的干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料置于濃度為lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有機(jī)溶劑溶液中浸泡0.5h 24h，然后將浸泡后的基體與納米顆粒的復(fù)合材料取出，用有機(jī)溶劑進(jìn)行沖洗I次 5次后，再置于溫度為50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):一、采用本發(fā)明的制備方法制備耐用性超疏水材料不需使用專門昂貴的設(shè)備和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，降低了生產(chǎn)成本；二、采用本發(fā)明的制備方法制備的耐用性超疏水材料具有方便快捷的特點(diǎn)，良好的應(yīng)用廣泛性能和均勻的超疏水性能；三、采用本發(fā)明的制備方法制備的耐用性超疏水材料用于油水分離領(lǐng)域，可反復(fù)使用300次以上，具有良好的耐使用性能；四、本發(fā)明的制備方法可以采用金屬、金屬氧化物、有機(jī)材料、無機(jī)材料和高分子材料作為超疏水材料基體，金屬氧化物納米顆粒和無機(jī)納米顆粒作為復(fù)合納米粒子，具有應(yīng)用廣泛性。


圖1是試驗(yàn)一制備的耐用性超疏水海綿與水的接觸角照片；圖2是試驗(yàn)二制備的耐用性超疏水海綿與水的接觸角照片；圖3是試驗(yàn)七制備的耐用性超疏水海綿與水的接觸角照片；圖4是試驗(yàn)八制備的耐用性超疏水海綿與水的接觸角照片；圖5是試驗(yàn)一制備的耐用性超疏水海綿的掃描電鏡照片；圖6是試驗(yàn)四制備的耐用性超疏水銅片的掃描電鏡照片；圖7是試驗(yàn)七制備的耐用性超疏水海綿的掃描電鏡照片；圖8是試驗(yàn)一制備的耐用性超疏水海綿表面的光電子能譜圖；圖9是試驗(yàn)一制備的耐用性超疏水海綿擠壓300次的接觸角變化圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式一種耐用性超疏水材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:一、制備納米顆粒分散液:在頻率為24KHZ 40KHZ的條件下，將粒徑為IOnm IOOOnm的納米顆粒超聲分散在水中，制得納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液；二、制備基體與納米顆粒的復(fù)合材料:用鹽酸將步驟一制備的納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液調(diào)節(jié)pH為I 6， 得到混合溶液，然后將基體置于混合溶液中完全浸潤，再將多巴胺加入到上述完全浸潤基體的混合溶液中，得到最終混合溶液，且最終混合溶液中多巴胺的濃度為0.5mg/mL 3mg/mL,最后在轉(zhuǎn)速為IOOrpm IOOOrpm的條件下攪拌6h 48h，攪拌停止后，將經(jīng)過處理后的基體取出，得到基體與納米顆粒的復(fù)合材料；三、洗滌及干燥:將步驟二得到的基體與納米顆粒的復(fù)合材料用蒸餾水進(jìn)行沖洗5次 10次，然后置于溫度為20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料；四、浸泡、洗滌及干燥:將步驟三得到的干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料置于濃度為lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有機(jī)溶劑溶液中浸泡0.5h 24h，然后將浸泡后的基體與納米顆粒的復(fù)合材料取出，用有機(jī)溶劑進(jìn)行沖洗I次 5次后，再置于溫度為50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。本實(shí)施方式制備耐用性超疏水材料不需使用專門昂貴的設(shè)備和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，降低了生產(chǎn)成本。本實(shí)施方式制備的耐用性超疏水材料具有方便快捷的特點(diǎn)，良好的廣泛應(yīng)用性能和均勻的超疏水性能。本實(shí)施方式制備的耐用性超疏水材料用于油水分離領(lǐng)域，可反復(fù)使用300次以上，具有良好的耐使用性能。本實(shí)施方式可以采用金屬、金屬氧化物、有機(jī)材料、無機(jī)材料和高分子材料作為超疏水材料基體，金屬氧化物納米顆粒和無機(jī)納米顆粒作為復(fù)合納米粒子，具有應(yīng)用廣泛性。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是:步驟一中所述的納米顆粒為金屬氧化物納米顆?；驘o機(jī)納米顆粒。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是:所述的金屬氧化物納米顆粒為四氧化三鐵納米顆?；蛉趸F納米顆粒；所述的無機(jī)納米顆粒為二氧化硅納米顆粒。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施與具體實(shí)施方式
三不同的是:所述的四氧化三鐵納米顆粒的粒徑為IOnm 500nm ;所述的三氧化二鐵納米顆粒的粒徑為IOnm 500nm ;所述的二氧化娃納米顆粒的粒徑為20nm lOOOnm。其它與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是:步驟二中所述基體為金屬、金屬氧化物、有機(jī)材料、無機(jī)材料或高分子材料。其它與與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是:所述的金屬為銅、鎳或鐵；所述的金屬氧化物為氧化銅或氧化鐵；所述的有機(jī)材料為塑料；所述的無機(jī)材料為玻璃；所述的高分子材料為聚氨酯、無紡布或聚四氟乙烯。其它與與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是:步驟四中所述的lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有機(jī)溶劑溶液中硅氧烷的分子結(jié)構(gòu)為
權(quán)利要求
1.一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于耐用性超疏水材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行: 一、制備納米顆粒分散液:在頻率為24KHZ 40KHZ的條件下，將粒徑為IOnm IOOOnm的納米顆粒超聲分散在水中，制得納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液；二、制備基體與納米顆粒的復(fù)合材料:用鹽酸將步驟一制備的納米顆粒的濃度為2mg/mL 20mg/mL的分散液調(diào)節(jié)pH為I 6，得到混合溶液，然后將基體置于混合溶液中完全浸潤，再將多巴胺加入到上述完全浸潤基體的混合溶液中，得到最終混合溶液，且最終混合溶液中多巴胺的濃度為0.5mg/mL 3mg/mL,最后在轉(zhuǎn)速為IOOrpm IOOOrpm的條件下攪拌6h 48h,攪拌停止后，將經(jīng)過處理后的基體取出，得到基體與納米顆粒的復(fù)合材料；三、洗滌及干燥:將步驟二得到的基體與納米顆粒的復(fù)合材料用蒸餾水進(jìn)行沖洗5次 10次，然后置于溫度為20°C 120°C的烘箱中干燥0.5h 12h，得到干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料；四、浸泡、洗滌及干燥:將步驟三得到的干燥的基體與納米顆粒的復(fù)合材料置于濃度為Immol/L 50mmol/L的硅氧烷的有機(jī)溶劑溶液中浸泡0.5h 24h，然后將浸泡后的基體與納米顆粒的復(fù)合材料取出，用有機(jī)溶劑進(jìn)行沖洗I次 5次后，再置于溫度為50°C 150°C的烘箱中干燥0.5h 12h，即得到耐用性超疏水材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的納米顆粒為金屬氧化物納米顆?；驘o機(jī)納米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于所述的金屬氧化物納米顆粒為四氧化三鐵納米顆?；蛉趸F納米顆粒；所述的無機(jī)納米顆粒為二氧化娃納米顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于所述的四氧化三鐵納米顆粒的粒徑為IOnm 500nm ;所述的三氧化二鐵納米顆粒的粒徑為IOnm 500nm ;所述的二氧化娃納米顆粒的粒徑為20nm lOOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述基體為金屬、金屬氧化物、有機(jī)材料、無機(jī)材料或高分子材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于所述的金屬為銅、鎳或鐵；所述的金屬氧化物為氧化銅或氧化鐵；所述的有機(jī)材料為塑料；所述的無機(jī)材料為玻璃；所述的高分子材料為聚氨酯、無紡布或聚四氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述的lmmol/L 50mmol/L的硅氧烷的有機(jī)溶劑溶液中硅氧烷的分子結(jié)構(gòu)為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述lmmol/L 50mmol/L的娃氧燒的有機(jī)溶劑溶液中的有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙醇或甲苯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐用性超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述用來沖洗浸泡后的基體與納米顆粒的復(fù)合材料的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、丙醇或甲苯。
全文摘要
一種耐用性超疏水材料的制備方法，它涉及一種超疏水材料的制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有制備超疏水材料的方法存在生產(chǎn)成本高和超疏水表層易脫落而失去疏水性能的問題。制備方法一、制備納米顆粒分散液；二、制備基體與納米顆粒的復(fù)合材料；三、洗滌及干燥；四、浸泡、洗滌及干燥；即得到耐用性超疏水材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、采用本發(fā)明的制備方法制備耐用性超疏水材料不需使用專門昂貴的設(shè)備和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，降低了生產(chǎn)成本；二、采用本發(fā)明的制備方法制備的耐用性超疏水材料用于油水分離領(lǐng)域，可反復(fù)使用300次以上，具有良好的耐使用性能。本發(fā)明可用于制備耐用性超疏水材料。
文檔編號(hào)C08J9/40GK103214690SQ20131009466
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者潘欽敏, 祝青, 楚盈, 陳寧 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)