[发明专利]一种复合材料高黏附性超疏水薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机无机复合材料的应用技术领域，尤其涉及一种有机无机纳米复合材料高黏附性超疏水薄膜的制备方法，属于表面化学技术领域。

背景技术

全球生物系统根据表面性质和相互作用可以被分为两类:第一类是低黏附性的系统,拥有最小的黏附力和润湿性。能够实现自清洁的荷叶就是一个典型的例子,研究人员据此项发现制备仿生超疏水表面。第二类是高黏附性的系统，表面具有较高的黏附力和摩擦力。由于表面黏附力的存在，在水滴与高黏附性超疏水表面的接触角大于150°的情况下，将表面倾斜90°甚至180°，水滴仍然不滚落。壁虎脚趾垫出色的黏附能力使其几乎可以在任何类型的表面上自由行走。

目前高黏附性超疏水表面的制备通常采用控制表面形貌和调整表面化学组成两种方法，研究表明Wenzel模型比Cassie模型更利于黏附，当固体表面由两种或两种以上的材料构成时，其中一种材料拥有比较高的表面自由能，能在微纳米尺度范围内增加固液界面间的作用力，而在宏观尺度上则对膜层整体表面能和浸润性没有很大的影响。高黏附性超疏水表面可以作为“机械手”抓取液滴，在微米尺度上操纵液滴方面具有奇妙的应用，可以在微流体系统、 液体无损转移、 生物技术等方面发挥重大作用。

    关于多壁碳纳米管超疏水性能的研究是一个人们都非常关注的课题，也产生了部分研究成果。现有技术中，制备低黏附性和导电性超疏水表面的方法较多，中国发明专利公开号CN102702554A 公开了一种共聚物接枝碳纳米管超疏水材料的制备方法 ，采用自由基聚合法制得α-甲基苯乙烯与甲基丙烯酸丁酯的共聚物，将其接枝到多壁碳纳米管表面制得低黏附性的超疏水薄膜。中国发明专利公开号CN102504432A 公开了一种聚苯乙烯导电超疏水复合膜制备方法，将多壁碳纳米管和磺化聚苯乙烯溶于溶剂中，真空抽滤得到聚苯乙烯导电超疏水薄膜。对于多壁碳纳米管用于制备高黏附性超疏水薄膜的研究尚未见报道。将多壁碳纳米管制成高黏附性的超疏水薄膜既可以扩大其应用领域，又将为液滴传输领域增添一个更有魅力的新材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作成本低，制作过程简单，并且对水滴具有良好的黏附性的复合材料超疏水薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种复合材料高黏附性超疏水薄膜的制备方法，包括步骤：

1.制备纳米二氧化硅

将正硅酸乙酯加入到催化剂与醇类溶剂的混合液中，在50～70℃下反应3～8小时，洗涤，干燥，研磨制得纳米二氧化硅；

所述催化剂为氨水与所述正硅酸乙酯与氨水的质量比为1：1～2。

2.制备氨基修饰的纳米二氧化硅

将所述纳米二氧化硅加入苯类溶剂中，超声分散20分钟，加入带氨基的硅烷偶联剂，在40～50℃下搅拌反应4～12小时，洗涤，干燥，研磨制得氨基修饰的纳米二氧化硅；

所述带氨基的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷,所述纳米二氧化硅与带氨基的硅烷偶联剂的质量比为1:1.5～2。

3.制备酰氯化的多壁碳纳米管

将多壁碳纳米管、氯化亚砜、N,N-二甲基甲酰胺放入单口烧瓶中，超声分散20分钟，65～75℃回流反应18～24小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨制得酰氯化的多壁碳纳米管；

其中所述多壁碳纳米管、氯化亚砜、N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:200～300:0.5～1。

4.制备硬脂酸接枝的多壁碳纳米管/纳米二氧化硅复合材料

将所述酰氯化的多壁碳纳米管、氨基修饰的纳米二氧化硅、硬脂酸加入苯类溶剂中，超声分散20分钟，在100～110℃之间回流反应3～8小时，抽滤，洗涤，干燥，研磨制得硬脂酸接枝的多壁碳纳米管/纳米二氧化硅复合材料；

所述多壁碳纳米管、氨基修饰的纳米二氧化硅、硬脂酸的质量比为1:2～3:4～8。

5.制备复合材料高黏附性超疏水薄膜

将所述硬脂酸接枝的多壁碳纳米管/纳米二氧化硅复合材料超声分散20分钟，以无机或有机材料为基底，通过涂覆方法制得所述复合材料高黏附性超疏水薄膜；

上述步骤1中所述醇类溶剂为甲醇、乙醇或丁醇，用量为正硅酸乙酯质量的30～40倍；

上述步骤2中所述苯类溶剂为苯，甲苯或二甲苯，其用量为纳米二氧化硅质量的40～50倍；

上述步骤4中所述苯类溶剂为苯、甲苯或二甲苯，其用量为硬脂酸质量的20～30倍；

上述步骤5中所述无机或有机材料为硅片、陶瓷、玻璃、半导体、高分子材料。