[发明专利]一种溶胶-凝胶电化学沉积制备超疏水织物的方法

说明书

本发明公开了一种溶胶‑凝胶电化学沉积制备超疏水织物的方法，属于纺织化工技术领域。首先制备含疏水长链的硅烷改性杂化溶胶液，然后以铜片为反应电极，铂片为反电极，对两电极间的织物沉积，使得疏水组分在织物上定向排列，织物接触角可达160°以上，实现超疏水。该方法解决了溶胶前驱体自反应驱动力有限导致沉积膜附着力差、有裂痕等缺点，而且沉积膜厚度可调，残液通电后可循环利用，无废水排放，同时添加纳米金刚石组分，可显著降低沉积膜表面的摩擦系数，提高其耐外力性，而且电化学过程中无需添加KNO₃等电解质，适用于功能纺织品开发。

技术领域

一种溶胶-凝胶电化学沉积制备超疏水织物的方法，属于纺织化学技术领域。

背景技术

超疏水材料的超疏水性是通过材料表面的较低的表面能和纳米尺寸的粗糙结构二元协同作用来实现，超疏水材料在液体输送、船体防腐、液体减阻、流体储存等领域具有重要应用。其制备方法主要有等离子刻蚀法、模板法、机械法、相分离法等，但由于许多制备方法工艺较为复杂，制造设备昂贵，且所制备材料性能较不稳定，因此不适宜大量工业生产。

超疏水材料表面可以通过溶胶-凝胶法制备，将经过疏水处理的SiO₂等无机纳米微粒分散在溶胶-凝胶母体中，并喷涂在干净的玻璃片或铝片上。通过调控纳米微粒在混合物中的含量以及溶胶种类，可以使表面与水滴静态接触角达到160°。但溶胶前驱体自反应驱动力有限，所以用浸涂、喷涂和旋涂等方法制备溶胶薄膜常出现附着力差、有裂痕等缺点，而且成膜涂层对柔性材料机械性能影响较大，不适宜于纺织品、纸张、聚乙烯膜等柔性材料。电化学沉积法是不规则材料和柔性材料沉积改性的重要方法，它与溶胶-凝胶技术相结合可为溶胶前驱体体系提供附加的水解及缩合反应驱动力，使得生成的溶胶凝胶薄膜微孔多，胶粒间的衔接性好。

专利CN201110352061.0公开了一种利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法，先将电化学沉积在铜或铜合金基底表面形成微纳米结构的银膜，再用十二羟基硬脂酸修饰后，制备的超疏水超亲油性表面，对水的接触角为154°-159°，对油的接触角为0-5°。该方法中以导电性性的沉积基质直接作为工作电极，限制了非导电材料的利用，而且沉积后还需要后续的浸渍处理，工艺较繁琐。

发明内容

本发明公开了一种溶胶-凝胶电化学沉积制备超疏水织物的方法，具体工艺如下：

1.将溶胶前驱体和疏水硅烷偶联剂在酸催化条件下合成疏水杂化溶胶液，并在双电极电化学体系中对非导电性的织物电化学沉积，赋予织物超疏水性。

2.所述疏水杂化溶胶液的制备方法为：

(1)称取4-10重量份的溶胶前驱体与15-35重量份的无水乙醇并搅拌均匀，并在室温条件下滴滴加到55-75重量份的0.2mol/L HCl中，制备成溶胶液；

(2)将1-8重量份的粒径为200-500nm的纳米金刚石在92-99重量份的质量浓度为8-12％磺酸基阴离子表面活性剂中超声分散80min，制备成纳米金刚石分散液；

(3)将10-18重量份(2)中的纳米金刚石分散液逐滴滴加到82-90重量份的(1)中的溶胶液中，快速均匀分散3h，并用氨水调节体系pH至4-5，制备成杂化溶胶液；

(4)向88-96重量份的杂化溶胶液中加入4-12重量份的疏水硅烷偶联剂，均匀搅拌并充分水解缩合，即得疏水杂化溶胶液。

3.所述的溶胶前驱体为正硅酸四乙酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。

4.所述的疏水硅烷偶联剂具有以下结构：

F₁—Si(OR)₃