[发明专利]一种超疏水纳米SiO2/高聚物复合膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种SiO₂气凝胶/高聚物复合膜以及其制备方法；尤其涉及一种具有超疏水纳米SiO₂/高聚物复合膜及其制备方法。

背景技术：

超疏水通常是指其水接触角CA＞150°。水接触角可以从二个方面来提高：1、降低基材的表面张力；2、构造粗糙表面。目前，水接触角最大的材料是四氟乙烯，其接触角117°，因此要制备具有超疏水材料，还要构造类似于“荷叶表面”的微米/纳米层次结构。超疏水材料具有自洁作用以及与液体接触的低阻效果可用于如：汽车玻璃窗，可以省去刮雨器；管道内壁，降低阻力，减少长距离传输液体的增压设备；船舶或潜艇，减少海洋生物在船体的寄载和降低前进阻力，提高船速和降低噪声；高楼的幕墙，使外墙或玻璃幕墙保持洁净等，因而得到广泛的研究。

国内外研究超疏水材料，在构造超疏水表面的方法有很多：利用可升华物质微粒成孔法；采用射频等离子体刻蚀的方法；采用化学气相沉积(CVD)技术等，这些技术制作成本高，设备投入大，过程复杂，环境要求高，不宜用于大面积疏水表面及涂层的制备。

溶胶-凝胶法制备超疏水膜是一种相对简单的方法，所制备的SiO₂湿凝胶是以乙醇为介质，但在开放环境下，乙醇易挥发，SiO₂湿凝胶很快收缩，使得SiO₂纳米颗粒紧密团聚在一起，不具有多孔性的特点，因此通常采用SiO₂溶胶涂布成膜后，凝胶化，采用超临界干燥或者对SiO₂湿凝胶纳米颗粒表面进行修饰，降低其表面张力，同时采用低表面张力的溶剂置换乙醇，在常压下干燥。这种方法做成的膜，由于表面由多孔的SiO₂气凝胶组成，具有超疏水的性质，但膜基本上没有任何强度。另一方面，制备的SiO₂溶胶不宜保存，易凝胶而失去其流动性能。也有研究者为了提高膜的强度，将该SiO₂气凝胶膜在高温下煅烧，使其致密化，但膜层基材也必须能耐高温，对于高聚物基材该法就不能实施。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有技术所提供的膜具有超疏水的性质，但膜基本上没有任何强度等不足而提出了一种超疏水纳米SiO₂/高聚物复合膜，本发明的另一目的是提供了上述复合膜的制备方法；本发明能够采用常规方法制备具有一定膜强度的超疏水高聚物膜。

本发明的技术方案为：一种超疏水纳米SiO₂/高聚物复合膜，其特征在于：复合膜表层为纳米SiO₂/聚合物的粗糙表面，其静态水接触角为150～165°，滚动角＝5～10°。

本发明还提供了上述超疏水SiO₂气凝胶/高聚物复合膜的方法，其具体步骤如下：

(A)将聚乙二醇单甲醚(MPEG)加入到聚二乙氧基硅氧烷(PEDS)多聚体溶液中，其中MPEG与PEDS的质量比为1∶0.2～5；进行酯交换反应，在减压条件下，将产物乙醇抽出，得到MPEG-g-PEDS接枝聚合物；

(B)将步骤A所制备的PEDS-g-MPEG接枝聚合物在强力搅拌下，滴加水，其水的用量为：以PEDS中的硅∶水的摩尔比＝1∶0.5～1.0，MPEG-g-PEDS接枝聚合物中≡Si-OEt将发生溶胶-凝胶化反应；凝胶固化后，放入真空干燥箱中老化，同时不断抽取产物乙醇，得到SiO₂湿凝胶；

(C)将所得SiO₂湿凝胶中加入溶剂，用碾磨机将SiO₂湿凝胶碾磨分散在溶剂中制得SiO₂湿凝胶微粒分散浆料；

(D)上述的SiO₂湿凝胶微粒分散浆料与高聚物溶液混合均匀，SiO₂湿凝胶微粒分散浆料与高聚物的质量比为：0.3～2∶1，然后涂布在基材上，在湿度RH＝0～30％条件下，干燥成复合膜；

(E)将步骤(D)所制得的复合膜经水/乙醇浸渍后，用表面修饰剂溶液进行表面自组装，用正己烷将残液洗去后，干燥，获得具有超疏水SiO₂/高聚物复合膜。