[发明专利]一种多级分级结构超疏水性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分级结构超疏水性材料的制备方法。

背景技术

分级结构材料中微米、纳米等结构的协同作用引起的多尺度效应是形成新材料的内在本质。表观特性功能的实现，大多必然经过从小到大的多尺度分级有序的自组织/协同过程，因此将分级结构材料用于超疏水性材料的合成成为了科研研究的热点，超疏水性材料一般是指与水的接触角大于150°并且滑动角小于5°的表面，它在日常生活和材料科学都有着极大的应用前景，微米和纳米相互作用的分级结构是引起超疏水性的根本原因。超疏水性能的实现必须具备两个条件：合适的微纳分级结构和低表面能。然而，现有对分级结构超疏水性材料的研究仅仅停留在微米-纳米两级的水平上，因此无法实现多尺度效应的特性功能发挥。

发明内容

本发明是为了解决现有分级结构超疏水性材料仅仅停留在微米-纳米两级结构的水平，无法实现多尺度效应所引起的超疏水性能的特性发挥的问题，而提供了一种多级分级结构超疏水性材料的制备方法。

本发明的一种多级分级结构超疏水性材料的制备方法按以下步骤进行：

一、聚苯乙烯纳米粒子溶胶液的制备：将去离子水和苯乙烯，在装载聚四氟乙烯搅拌桨的容器内，以搅拌速度为280rpm～320rpm下搅拌混合，继续在搅拌速度为280rpm～320rpm下加入α-甲基丙烯酸甲酯，在温度为40～60℃下回流反应8min～12min，再加入K₂S₂O₈，在75～85℃下恒温反应1.5h～2.5h，得到聚苯乙烯纳米粒子溶胶液；其中所述的去离子水和苯乙烯的体积比为(4～6)∶1，所述的α-甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的体积比为(4～6)∶100，所述的K₂S₂O₈的质量和苯乙烯的体积的比为(0.4～0.6)g∶100mL；

二、核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体的制备：向步骤一得到的聚苯乙烯纳米粒子溶胶液中加入去离子水稀释，然后以滴加速度为1.5mL/min～2.5mL/min加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，室温下以搅拌速度为80rpm～120rpm搅拌20min～40min，然后加入正硅酸四乙酯，室温下以搅拌速度为100rpm～140rpm搅拌10h～15h，完成反应，然后在6500～7500r/min的条件下离心8～12min，收集上层液体，再将收集的上层液体在11000～13000r/min条件下离心8～12min，去除上层液体后水洗，然后在60～80℃的条件下干燥8h～12h，得到核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体；其中步骤二中所述的步骤一得到的聚苯乙烯纳米粒子溶胶液和去离子水的体积比为1∶(1.65～2.3)，步骤二中所述的步骤一得到的聚苯乙烯纳米粒子溶胶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液的体积比为1∶(0.2～0.45)，所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液的摩尔浓度为0.11mmol/L，所述的十六烷基三甲基溴化铵溶液的溶剂为水和乙醇的混合物，所述的水和乙醇的体积比为2∶1，步骤二中所述的步骤一得到的聚苯乙烯纳米粒子溶胶液和正硅酸四乙酯的体积比为100∶(1.6～3.1)；

三、核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体胶体乳液的配置：向去离子水中加入步骤二得到的核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体，玻璃棒搅拌均匀后，在75Hz～85Hz超声频率下超声25min～35min，得到核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体胶体乳液，其中所述的步骤二得到的核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体的粒径为190nm～210nm，其中所述的步骤二得到的核壳结构的聚苯乙烯@介孔二氧化硅纳米粒子前驱体和去离子水的质量比为(4～5)∶45；