[发明专利]一种羧基化聚苯乙烯-二氧化硅复合超疏水涂层的制备方法

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，确切地说是一种羧基化聚苯乙烯-二氧化硅复合超疏水涂层的制备方法。

背景技术

有机/无机纳米复合材料具有良好的性能特点，该材料在很多领域应用广泛。由于有机/无机纳米复合材料优异的力学性能，其适用于作耐磨材料；其在热稳定性方面的良好性能，使得有机/无机纳米复合材料可用于隔热部件的制作；鉴于有机/无机纳米复合材料良好的磁学性能和阻隔性能，其在电磁隐身、涂料的改性等方面广泛使用；有机/无机纳米复合材料在电学方面的特殊性能，使得其在电器、电子、光电产品等方面的开发有着广阔的应用前景。

表面浸润性能作为固体材料最重要的理化性质之一，在涂装、催化、防水、生物医用材料等领域有着广阔的应用前景。随着现代科学技术的发展，超疏水表面的研究逐渐成为人们关注的焦点，超疏水表面是指与水滴的接触角大于150°，而滚动角小于10°的表面，由于超疏水表面具有自清洁性、防污染性、疏水性、低摩擦系数等特点，使其在很多领域具有广泛的用途。

目前国内外对于超疏水表面的制备方法已有了很多报道，主要有以下几个方面：（1）Lyons等在《Applied Materials＆Interfaces》杂志2011,3,3508-3514报道了以钢丝网为模板，通过模板挤压法制备了接触角为160°的聚乙烯微米柱超疏水表面；（2）Zhu等在《Journal of Material Chemistry》杂志2011,21,15793-15797报道了将超高分子量的聚乙烯和铜粉进行模压后通过化学沉积法在材料表面生成银沉淀，成功制备出了接触角大于150°的超疏水表面；（3）Yildirim等在《Applied Materials＆Interfaces》杂志2011,3,1804-1808报道了通过涂覆法利用原硅酸四乙酯和全氟辛基三乙氧基硅烷等为原料成功制备出了接触角为160°的超疏水表面；（4）Li等在《Angewandte Chemie》杂志2010,122,6265-6269报道了采用自组装成膜法制备出了具有微米厚度的聚合物超疏水涂层；（5）Tadanaga等在《Journal of Adhesion Science and Technology》杂志2008,22,387-394报道了通过氧化铝凝胶的涂覆制备出粗糙结构，再经低表面能物质修饰得到超疏水表面；（6）Feng等在《Angewandte Chemie》杂志2002,41,1221-1223报道了利用刻蚀技术，以硅片为基材进行刻蚀，经过表面修饰后得到接触角大于160°的超疏水表面；（7）Par等在《Applied Materials＆Interfaces》杂志2010,2,658-662报道了通过静电纺丝技术利用聚偏氟乙烯和正硅酸乙酯得到了机械强度较高的超疏水席垫。

据现有报道可知超疏水表面的制备很多均需要在严格的实验室设备和复杂的工艺控制条件下进行，且大面积成膜无法实现，从而限制了超疏水涂层在生产领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单，具有较好重复性，且能够有效的把有机材料和无机材料结合起来，同时具备了两方面特性的羧基化聚苯乙烯-二氧化硅复合超疏水涂层的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种羧基化聚苯乙烯-二氧化硅复合超疏水涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）聚苯乙烯种子微球的制备

将稳定剂和蒸馏水分别加入到醇类溶剂中，室温搅拌均匀，在通氮气的保护下，将引发剂和苯乙烯单体分别加入到上述溶液中，在50～100℃下，反应10～12小时，离心洗涤，制得聚苯乙烯种子微球，其中引发剂、稳定剂、蒸馏水、苯乙烯的质量比为1:5～10:25～30:95～100；

（2）羧基修饰的聚苯乙烯微球的制备

将步骤（1）中制备的聚苯乙烯种子微球和蒸馏水分别加入到醇类溶剂中，在通氮气保护下，再分别加入引发剂、α-甲基丙烯酸和苯乙烯，在50～100℃下，反应20～24小时，干燥研磨成粉，制得表面带有羧基的聚苯乙烯微球,其中引发剂、α-甲基丙烯酸、苯乙烯、聚苯乙烯种子微球、蒸馏水的质量比为1:15～20:35～40:105～110:4250～4300；

（3）二氧化硅包覆聚苯乙烯粒子的制备