一種超疏水性表面的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種超疏水性表面的制備方法。以含有反應性氨基的硅烷偶聯劑為催化劑，制備氨基修飾的中空二氧化硅納米微球，并與環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子反應形成樹莓狀結構納米復合粒子，再經長碳鏈含氟物質修飾，最終制成超疏水性表面。該制備方法的特點是：氨基修飾的中空二氧化硅納米微球的制備過程不需要模板；利用氨基修飾的中空二氧化硅納米微球和環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子之間的化學鍵接反應制備樹莓狀結構納米復合粒子。該超疏水性表面有望應用在重金屬離子吸附和分離，有害氣體的吸附和分解及相分離過程中的微載體方面。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及。
技術介紹
浸潤性是固體表面的重要性質之一。所謂超疏水性表面一般是指與水的接觸角大于150° ,滾動角小于10°的表面。制備超疏水性表面的必備條件之一是構建粗糙表面。樹莓狀結構納米復合粒子是一種在形貌上類似樹莓的核殼結構納米復合粒子。利用不同官能團之間的化學共價鍵接構建樹莓狀結構是制備樹莓狀結構納米復合粒子的一種方法，由于通過這種方法制備的樹莓狀結構納米復合粒子受環境PH值和溶劑的影響較小，因此，這種方法被廣泛使用。由于形貌和組成的特殊性，在制備超疏水性表面的過程中，樹莓狀結構納米復合粒子不僅可以構建粗糙表面，還可以引入其他物理或化學性質。因此，利用樹莓狀結構納米復合粒子制備超疏水性表面有很大的研究價值。利用中空微球制備超疏水性表面的研究近幾年來弓I起了人們的關注。目前，廣泛使用的中空微球制備方法是模板法。首先制備使用模板作為核的核殼結構，然后去除核殼結構中的模板從而獲得中空結構。關于這種方法制備中空微球的報道很多。例如CN1631951A中，通過微乳液聚合在二氧化硅納米微球表面化學鍵接一層聚苯乙烯，接著用氫氟酸刻蝕掉二氧化硅納米微球，制備了中空微球；CN 101172609A中，使用聚苯乙烯微球作為模板，在去離子水和乙醇介質中，以氨水為催化劑和刻蝕劑，使含巰基硅烷偶聯劑在聚苯乙烯微球表面水解縮聚，形成帶有巰基二氧化硅殼層，同時聚苯乙烯微球被氨水刻蝕掉，最終形成中空微球；CN 1795978A中，使用聚苯乙烯微球作為模板，制備了二氧化鈦/聚丙烯腈/聚苯乙烯核殼式微球，隨后在600°C下煅燒120分鐘，制備了二氧化鈦/無機碳復合納米中空微球。但是通過模板法制備中空微球需要模板的制備與去除過程，工藝繁瑣，并且所得產物并不具備疏水性質。因此，探索工藝簡單的中空微球制備方法，并利用中空微球構建超疏水性表面，是一項具有很強理論和實踐意義的研究。
技術實現思路
本專利技術的內容是提供一種具有超疏水性表面的制備方法。本專利技術的制備方法簡單，主要包括以下步驟 A.制備氨基修飾的中空二氧化硅納米微球將帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑和正硅酸乙酯的混合物，滴加到去離子水中，在20 40°C之間攪拌反應2 8小時，獲得氨基修飾的中空二氧化硅納米微球，其中所述帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基娃燒、3_氛基丙基二甲氧基娃燒、N-β (氛乙基-氛丙基甲基二甲氧基娃燒或N-β(氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷的一種，帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑用量與正硅酸乙酯用量的摩爾比為2 5:1，帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑和正硅酸乙酯的混合物與去離子水的質量比為1:4 8 ； B.制備環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子將去離子水滴加到螯合劑、乙醇和鈦酸四丁酯的混合物中，攪拌反應8 12小時，離心干燥，之后研磨制得二氧化鈦納米粒子，將所制備的二氧化鈦納米粒子和帶有反應性環氧基的硅烷偶聯劑分別加入到溶劑中，在30 60°C之間攪拌反應8 12小時，之后研磨制得環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子，其中所述螯合劑為乙酰乙酸乙酯、冰醋酸或乙酰丙酮的一種，螯合劑與乙醇、鈦酸四丁酯、去離子水的體積比為I 8:14 20:1 3:1 3，帶有反應性環氧基的硅烷偶聯劑為Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶劑為甲苯、乙醇、甲醇或異丙醇中的一種或幾種； C.制備樹莓狀結構納米復合粒子將步驟A所述的氨基修飾的中空二氧化硅納米微球和步驟B所述的環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子以質量比為1:0. 8 2的比例分散溶劑中，在20 50°C之間攪拌反應8 12小時，經洗滌干燥得到樹莓狀結構納米復合粒子； D.制備超疏水性表面將上述樹莓狀結構納米復合粒子與溶劑混合后，涂覆到無機或有機材料基底上，并使用長碳鏈含氟物質進行修飾，即得超疏水性表面。本專利技術在步驟B中所使用的溶劑用量為二氧化鈦納米粒子加入質量的20 50倍，所述的溶劑用量與帶有反應性環氧基的硅烷偶聯劑用量的體積比為100 3 5。本專利技術在步驟C中所使用的溶劑為甲苯、乙醇、甲醇或異丙醇的一種或幾種，溶劑的用量為步驟A所述的氨基修飾的中空二氧化硅納米微球和步驟B所述的環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子總質量的20 50倍。另外，本專利技術在步驟D中所使用的溶劑為甲苯、乙醇、甲醇的一種或幾種，所述的長碳鏈含氟物質為1H，1H, 2H, 2H-全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷或1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸硫醇的一種，所述無機或有機材料為陶瓷、玻璃、半導體、高分子材料，所述的混合方式為超聲波或機械攪拌，所述的涂覆方法為滴涂、噴涂或旋涂方法的一種。本專利技術所制備的超疏水性表面水接觸角可達153°。在微觀結構上含有中空結構，并且表面存在化學鍵接的二氧化鈦納米粒子?？蓱迷谥亟饘匐x子吸附和分離、有害氣體的吸附和分解及相分離過程中的微載體方面。具體實施例方式為了更好地理解本專利技術，通過實施例進行說明，但本專利技術并不僅僅限定于此實施例。實施例I (I)配制摩爾比為4:1的3-氨基丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的混合物I. 2克，攪拌使其混合均勻；逐滴滴入SmL去離子水中，以200rpm的速率攪拌混合溶液，在20°C下攪拌4小時，混合溶液靜置10小時，過濾獲得沉淀，以去離子水清洗三次。(2)將20mL無水乙醇和ImL乙酰乙酸乙酯混合，再將2mL鈦酸四丁酯加入到混合溶液中，攪拌I小時。在30分鐘內，將ImL去離子水加入到混合溶液中，以600rpm的速率攪拌10小時，靜置24小時，得到黃色溶膠。用無水乙醇離心三次，50°C下干燥12小時，研磨制得二氧化鈦納米粒子。取I. O克制備的二氧化鈦納米粒子，分散在50mL3% Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中，50°C下回流8小時，使用無水乙醇離心三次，50°C下干燥12小時。(3)取O. 5克步驟(I)制備產物與O. 6克步驟(3)制備產物分散在50mL無水乙醇中，50°C下回流12小時，使用無水乙醇離心三次，獲得產物在50°C下干燥12小時。(4)取載玻片，首先使用丙酮清洗10分鐘，然后使用無水乙醇清洗10分鐘，最后使用蒸餾水清洗10分鐘，以上過程均是在超聲波作用下進行，自然干燥。將步驟(3)所得產物滴涂到載玻片上，待溶劑揮發后獲得表面。將表面浸入3%全氟十二烷基三氯硅烷的乙醇溶液中18小時，待表面干燥后獲得表面，即超疏水表面。實施例2 (I)配制摩爾比為3:1的3-氨基丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的混合物2. 2克，攪拌使其混合均勻；逐滴滴入14mL去離子水中，以200rpm的速率攪拌混合溶液，在20°C下攪拌5小時，混合溶液靜置10小時，過濾獲得沉淀，以去離子水清洗三次。 (2)將14mL無水乙醇和7mL冰醋酸混合，再將ImL鈦酸四丁酯加入到混合溶液中，攪拌I小時。在30分鐘內，將3mL去離子水加入到混合溶液中，以600rpm的速率攪拌10小時，靜置24小時，得到黃色溶膠。用無水乙醇離心三次，50°C下干燥12小時，研磨制得二氧化鈦納米粒子。取I. O克制備的二氧化鈦粒子，分散在50mL3% Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中，20°C下以200rpm的速率攪拌12小時，使用無水乙醇離心三次，50°C下干燥12小時。(3)取O. 5克步驟(I)制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超疏水性表面的制備方法，其特征在于該方法主要包括以下步驟：A.？制備氨基修飾的中空二氧化硅納米微球：將帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑和正硅酸乙酯的混合物，滴加到去離子水中，在20～40℃之間攪拌反應2～8小時，獲得氨基修飾的中空二氧化硅納米微球，其中所述帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑為3？氨基丙基三乙氧基硅烷、3？氨基丙基三甲氧基硅烷、N？β(氨乙基)？γ？氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N？β（氨乙基）？γ？氨丙基三乙氧基硅烷的一種，帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑用量與正硅酸乙酯用量的摩爾比為2～5:1，帶有反應性氨基的硅烷偶聯劑和正硅酸乙酯的混合物與去離子水的質量比為1:4～8；B.？制備環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子：將去離子水滴加到螯合劑、乙醇和鈦酸四丁酯的混合物中，攪拌反應8～12小時，離心干燥，之后研磨制得二氧化鈦納米粒子，將所制備的二氧化鈦納米粒子和帶有反應性環氧基的硅烷偶聯劑分別加入到溶劑中，在30～60℃之間攪拌反應8～12小時，之后研磨制得環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子，其中所述螯合劑為乙酰乙酸乙酯、冰醋酸或乙酰丙酮的一種，螯合劑與乙醇、鈦酸四丁酯、去離子水的體積比為1～8:14～20:1～3:1～3，帶有反應性環氧基的硅烷偶聯劑為γ？縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，溶劑為甲苯、乙醇、甲醇或異丙醇中的一種或幾種；C.？制備樹莓狀結構納米復合粒子：將步驟A所述的氨基修飾的中空二氧化硅納米微球和步驟B所述的環氧基修飾的二氧化鈦納米粒子以質量比為1:0.8～2的比例分散到溶劑中，在20～50℃之間攪拌反應8～12小時，經洗滌干燥得到樹莓狀結構納米復合粒子；D.？制備超疏水性表面：將上述樹莓狀結構納米復合粒子與溶劑混合后，涂覆到無機或有機材料基底上，并使用長碳鏈含氟物質進行修飾，即得超疏水性表面。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉偉良，柏沖，徐文華，姚金水，劉金秋，趙利，
申請(專利權)人：山東輕工業學院，
類型：發明
國別省市：