[发明专利]聚苯乙烯/氧化锌超疏水复合溶胶及复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚苯乙烯/氧化锌超疏水复合溶胶及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

本发明提供了一种聚苯乙烯/氧化锌超疏水复合溶胶及复合涂层的制备方法。

本发明提供聚苯乙烯/氧化锌超疏水复合溶胶的制备方法，步骤如下：

（1）ZnO粒子的制备

（2）ZnO粒子表面的改性

把10质量份 ZnO粒子溶解在乙醇及去离子水中磁力搅拌均匀，再把0.9质量份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷加入其中充分混合，并将混合的悬浮液在70℃、pH=5条件搅拌6h；最后，在100℃条件下将改性后的ZnO烘干，研磨备用；

（3）超疏水涂层的制备

在常温状态，将3质量份聚苯乙烯放入四氢呋喃中，超声下充分溶解；将适量的去离子水、催化剂、分散剂加入烧杯中，在超声下快速搅拌3h，然后把经改性后的7g ZnO加入其中，继续搅拌5h；再向其中缓慢加入3g PS乳液和固化剂，在40℃、pH=5条件下磁力搅拌4-5h，从而得到乳状均匀的PS/ZnO复合溶胶。

优选地，所述ZnO粒子的制备是将20质量份氢氧化钠和20质量份氯化锌溶解在去离子水中，并在60℃下磁力搅拌12h，得到的产物通过离心机离心过滤，然后用无水乙醇及去离子水分别清洗，并在600℃下焙烧3h后，冷却研磨，从而获得微/纳米分级结构的ZnO产物粉末。

本发明还提供聚苯乙烯/氧化锌超疏水复合涂层的制备方法，是将基体清洗干净后，浸入权利要求1或2制备得到的PS/ZnO复合溶胶中，采用浸渍提拉法在基体表面镀膜，把提拉后的试样在常温下干燥20～30 min后，在160℃烘烤至复合涂层充分交联固化，制得PS/ZnO超疏水复合涂层。

固体的表面能和表面几何构型对固体表面的浸润性有较大的影响，所以降低固体表面的化学能和构造疏水性表面的微/纳米结构，是研究固体表面浸润性的主要方法。由于ZnO颗粒表面能较高，容易形成不规则的聚集体和附聚体，而DFTMS包含大量的-CF₂-疏水性基团，末端含有-CH₃疏水性基团，因此经DFTMS改性后的ZnO粒子具有较低的表面能。当ZnO粒子浸入到DFTMS溶液时，粒子表面大量的-OH基团和DFTMS中的-OH基团相互作用，进行水解缩合反应形成疏水性的粒子。

PS是一种容易加工成型及无毒低廉的热塑性树脂，用DFTMS作为桥梁在ZnO粒子上接枝低表面能物质PS，二者相互结合，可以有效减小无机和有机界面的差异，增强有无机相及有机相的互溶性。

本发明的超疏水复合涂层与水的接触角为156°，滚动角为8°，呈现出良好的疏水效果。同时，具有很好的防腐作用和油水分离的作用。

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

（1）ZnO粒子的制备

将20g氢氧化钠（NaOH）和20g氯化锌（ZnCl₂）溶解在一定的去离子水中，并在60℃下磁力搅拌12h，得到的产物通过离心机离心过滤，然后用无水乙醇及去离子水分别清洗两次，并放于马福炉中在600℃下焙烧3h后，冷却研磨，从而获得微/纳米分级结构的ZnO产物粉末。得到的ZnO产物纯度比较高，并且结晶性能较好，粒径范围在255～615 nm之间。

（2）ZnO粒子表面的改性

通过水热反应过程对ZnO粒子表面进行改性，把10g ZnO粒子溶解在乙醇及去离子水中磁力搅拌均匀，再把0.9g十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷（DFTMS）加入其中充分混合，并将混合的悬浮液在70℃、pH=5条件搅拌6h。最后，在100℃条件下将改性后的ZnO烘干，研磨备用。

未处理的ZnO粒子有很强的亲水性，ZnO粒子经改性后水滴能在上面自由滚动，表现出较好的疏水性能。

（3）超疏水涂层的制备