一种SiO2/聚合物复合超疏水涂层的制备方法技术领域
本发明属于无机纳米材料的应用技术领域，具体涉及一种SiO2/聚合物复合超疏水涂层的制备方法。
背景技术
近些年来，由于超疏水表面在现实生活中的广阔应用前景，超疏水材料的制备已成为人们研究的热点。超疏水表面在防水衣物、自清洁玻璃、外墙涂料、管道微流、防水、防腐蚀、油水分离、生物医用等众多领域都有着诱人的前景。目前报道的有关超疏水表面的制备方法有许多种：刻蚀法、溶胶-凝胶法、电化学法、相分离法、静电纺丝法等等，但大多需要用到特殊设备、特定的实验条件或价格昂贵的氟硅化合物,只能小面积加工，不适于制备大面积。因此，开发简单可行、利于应用的超疏水表面制备方法是需要解决的问题之一。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种SiO2/聚合物复合超疏水涂层的制备方法，其操作简单、易控制、成膜均匀，且适用于多种基底。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种SiO2/聚合物复合超疏水涂层的制备方法，其将聚合物加入到有机溶剂中，室温或加热搅拌至聚合物完全溶解获得透明溶液；然后加入疏水性纳米二氧化硅和偶联剂，继续搅拌或超声分散至疏水性纳米二氧化硅分散均匀，采用提拉成膜的方法获得均匀的超疏水涂层，室温下晾干即得；其中，聚合物、有机溶剂、疏水性纳米二氧化硅和偶联剂的添加比例为1.6g：40－50ml：2.0－2.4g：1.0g。所得涂层与水的接触角在160°以上，水滴在涂层表面的滚动角小于10°，膜均匀且适合于多种基底。基底可以是玻璃、滤纸或织物等。
具体的，所述聚合物为聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的任意一种。
所述有机溶剂优选为四氢呋喃或甲苯。
所述疏水性纳米二氧化硅的粒径优选为10－40nm。
所述偶联剂优选为γ-巯丙基三甲氧基硅烷。
提拉成膜时，提拉速度优选为300－350mm/min.。提拉成膜时，是将基底浸在混合均匀的溶液中，浸泡1min左右，调节垂直提拉机的提拉速度在300－350mm/min得到均匀的复合涂层，室温下晾干得到超疏水涂层。
本发明将疏水性纳米二氧化硅作为填充粒子，在偶联剂存在条件下均匀分散填充在聚合物中，采用提拉成膜的方法，获得不同接触角达160°以上的超疏水涂层，涂层兼有聚合物和纳米微粒的优点。涂层在室温下晾干时，由于有机溶剂挥发而形成的相分离过程中，偶联剂连接聚合物和疏水性纳米微粒，在粘接界面形成较高的化学键，大大改善了纳米微粒与聚合物的结合强度，提高薄膜的质量。
和现有技术相比，本发明方法的有益效果：
本发明将疏水性纳米二氧化硅微粒作为填料，添加到聚合物中形成一种功能化的纳米复合材料，是一种简单有效制备超疏水涂层的方法。制备所得聚合物基复合超疏水材料兼有聚合物和无机纳米微粒的优点，性能优异，与水的接触角均在160°以上，水滴在涂层表面的滚动角小于10°，膜均匀且适合于多种基底。此外，本发明制备方法操作简单、原料廉价易得、易控制、重复性好且成膜均匀，不需要低表面能物质进行修饰和使用昂贵的设备，易于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1SiO2/PS复合超疏水涂层（基底为载玻片）的SEM照片及接触角照片；
图2为实施例2SiO2/PVC复合超疏水涂层（基底为载玻片）的SEM照片及接触角照片；
图3为实施例3SiO2/PMMA复合超疏水涂层（基底为滤纸）的SEM照片及接触角照片；
图4为实施例4SiO2/PE复合超疏水涂层（基底为载玻片）的接触角照片；
图5为实施例5SiO2/PS复合超疏水涂层（基底为织物）的接触角照片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述实施例中，疏水性纳米二氧化硅选用DNS系列纳米二氧化硅，其为有机物修饰的纳米二氧化硅，具有极好的疏水亲油性，可购买普通市售产品即可。实施例中所用DNS-2型纳米二氧化硅购自河南省纳米材料工程技术研究中心。
实施例1
一种SiO2/PS复合超疏水涂层的制备方法，具体为：将1.6g聚苯乙烯加入到40ml四氢呋喃中，磁力搅拌至聚苯乙烯完全溶解，获得透明溶液。然后加入2.0gDNS-2型纳米二氧化硅，超声0.5h，再加入1.0gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌3h至纳米二氧化硅分散均匀。以载玻片为基底，调节垂直提拉机的提拉速度为318mm/min，提拉成膜，室温下晾置1h即得。
所得SiO2/PS复合超疏水涂层的SEM及接触角照片参见图1，测得接触角为168.9±2°。
实施例2
一种SiO2/PVC复合超疏水涂层的制备方法，具体为：将1.6g聚氯乙烯加入到50ml四氢呋喃中，磁力搅拌至聚氯乙烯完全溶解，获得透明溶液。然后加入2.4gDNS-2型纳米二氧化硅，超声0.5h，再加入1.0gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌3h至纳米二氧化硅分散均匀。以载玻片为基底，调节垂直提拉机的调节提拉速度为318mm/min，提拉成膜，室温下晾置1h即得。
所得SiO2/PVC复合超疏水涂层的SEM及接触角照片参见图2，测得接触角为169.0±2°。
实施例3
一种SiO2/PMMA复合超疏水涂层的制备方法，具体为：将1.6g聚甲基丙烯酸甲酯加入到40ml四氢呋喃中，磁力搅拌至聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解，获得透明溶液。然后加入2.0gDNS-2型纳米二氧化硅，超声0.5h，再加入1.0gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌3h至二氧化硅分散均匀。以滤纸为基底，调节垂直提拉机的调节提拉速度为318mm/min，提拉成膜，室温下晾置1h即得。
所得SiO2/PMMA复合超疏水涂层的SEM及接触角照片参见图3，测得接触角为167.6±2°。
实施例4
一种SiO2/PE复合超疏水涂层的制备方法，具体为：将1.6g聚乙烯加入到40ml甲苯中，水浴控温90℃下磁力搅拌至聚乙烯完全溶解，获得透明溶液。然后加入2.0gDNS-2型纳米二氧化硅，超声0.5h，再加入1.0gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌3h至二氧化硅均匀分散。以载玻片为基底，调节垂直提拉机的调节提拉速度为318mm/min，提拉成膜，室温下晾置1h即得。
所得SiO2/PE复合超疏水涂层的接触角照片参见图4，测得接触角为162.3±2°。
实施例5
一种SiO2/PS复合超疏水涂层的制备方法，具体为：将1.6g聚苯乙烯加入到40ml四氢呋喃中，磁力搅拌至聚苯乙烯完全溶解，获得透明溶液。然后加入2.0gDNS-2型纳米二氧化硅，超声0.5h，再加入1.0gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，继续搅拌3h至纳米二氧化硅分散均匀。以织物为基底，调节垂直提拉机的提拉速度为318mm/min，提拉成膜，室温下晾置1h即得。
所得SiO2/PS复合超疏水涂层的SEM及接触角照片参见图5，测得接触角为168.9±2°。