[发明专利]纳米二氧化钛/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米二氧化钛/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法。

背景技术

物体表面具有自清洁及防腐功能是纳米科技时代研究最广泛的课题，处理不同材料表面使其具有超疏水性能是人们追求的目标，如：人们所穿的鞋子、衣服等配件不沾水，厨房瓷砖和浴室玻璃的防雾自清洁性，建筑外墙涂料和输水管道内壁的疏水防腐性。

超疏水复合材料表面因为具有优异的疏水能力和良好的防腐性能，在工业和生活中有着广泛的应用前景。近年来，寻找一种制备工艺简单、成本低廉、方法环保、性能稳定及防污防腐兼备的超疏水涂层是当前的发展方向。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了纳米二氧化钛/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法。

本发明提供一种纳米二氧化钛/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法，步骤如下： （1）将10质量份 ZnO、20质量份TiO₂、8体积份乙醇、1质量份十二烷基磺酸钠和一定量的去离子水均匀混合，常温磁力搅拌30min后，制得TiO₂/ZnO复合粒子；然后将2.7质量份硬脂酸放在无水乙醇中超声充分溶解，最后将溶解后的硬脂酸与TiO₂/ZnO复合粒子混合，在45-55℃、pH=3-5的条件下磁力搅拌6h，制得改性的复合溶胶；

（2）将表面处理干净的钢基体浸入改性的复合溶胶中，然后进行浸渍提拉镀膜，得到一定厚度的复合薄膜；最后，把浸渍提拉完毕的钢基体在室温下干燥20～30min后，200℃烘烤直到涂层充分固化，制得纳米TiO₂/ZnO超疏水复合涂层。

优选地，步骤（1）中是将溶解后的硬脂酸与TiO₂/ZnO复合粒子混合，在50℃、pH=4的条件下磁力搅拌6h，制得改性的复合溶胶.

本发明通过机械搅拌及表面改性，将TiO₂和ZnO混合形成纳米TiO₂/ZnO复合涂层，静电力、范德华力使它们相互交联在一起，ZnO包覆TiO₂形成稳定多孔的三维网络状结构。硬脂酸是由亲水性羧基及非极性疏水烷烃长链组成，硬脂酸中包含亲水性的羧基与非极性长链的疏水性烷烃，当硬脂酸溶液加入TiO₂/ZnO复合溶胶中时，复合涂层表面大量的                                                OH基团和硬脂酸中的COOH基团发生脱水缩合，形成超疏水性的涂膜。主要是由于两个原因，一方面纳米TiO₂/ZnO复合薄膜表面网状多孔的粗糙结构，为具有超疏水性提供了结构基础；另一方面，硬脂酸的对复合涂层改性后，有效的降低了涂层表面的自由能。经两者相结合，形成低表面能的微/纳米双重粗糙表面结构，空气沉积与吸附在粗糙结构的表面上，能够有效防止水滴渗入到孔隙中。

本发明用低表面能的硬脂酸对纳米TiO₂/ZnO复合粒子表面进行改性，最佳的改性条件是：硬脂酸用量为9%、实验温度50℃、pH=4。涂层表面的接触角随着硬脂酸含量的增加而增大，当硬脂酸含量大于9%时，接触角开始减小，疏水性也随之降低。FTIR和TG分析表明，TiO₂和ZnO粒子表面嫁接有疏水性的CH₃基团，当温度在318℃～440℃之间涂层质量损失为10.1%，主要是硬脂酸分解引起。涂层热处理温度为200℃时，涂层疏水效果最佳。SEM分析表明，复合涂层在钢基体表面构建了微/纳米双重粗糙结构的超疏水表面，与水的静态接触角为165.3°，滚动角4°。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

本发明的纳米二氧化钛/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法如下：

（1）通过机械搅拌将10g ZnO、20g TiO₂、8mL乙醇、1g十二烷基磺酸钠和一定量的去离子水均匀混合，常温磁力搅拌30min后，制得TiO₂/ZnO复合粒子。然后将2.7g硬脂酸放在10mL无水乙醇中超声充分溶解，最后将溶解后的硬脂酸与TiO₂/ZnO复合粒子混合，在50℃、pH=4的条件下磁力搅拌6h，制得改性的复合溶胶。

（2）用砂纸打磨已准备的钢基体直到表面无划痕后，将其浸泡到乙醇和丙酮中除去污渍，并用去离子水冲洗干净，烘干备用。