[发明专利]一种自清洁特性纳米二氧化硅/二氧化钛改性PVDF超疏水复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米改性超疏水复合材料的制备，特别涉及了一种自清洁特性纳米SiO₂/TiO₂改性PVDF超疏水复合膜的制备方法。

背景技术

超疏水表面通常是指与水的接触角大于150°的表面，当水滴与超疏水表面接触并发生滚动时，将会带走附着于固体表面的污染物，基于这种特殊的表面特性，使其可广泛应用于自清洁、防水、防结冰、流体减阻、抗腐蚀等领域，因此超疏水材料在实际生活与生产中具有广泛的应用前景。超疏水表面的润湿性能是由表面结构和化学组成共同决定的，因此通常可采用两种途径来实现超疏水表面的构建：一是在疏水表面构造一定程度的粗糙度；二是在粗糙的表面修饰低表面能的物质。目前，构建超疏水表面的方法主要有溶胶-凝胶法、相分离法、化学气相沉积法、静电纺丝法、层层自组装法、电化学沉积法等。随着对超疏水表面研究的不断深入，构建方法呈现多样化、新颖化等，但大多数制备方法存在成本较高、工艺复杂等，不适合大面积范围内构建超疏水表面。

Wen等(Mengxi Wen,Lei Wang,Mingqian Zhang,ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6,3963)采用热传递与晶体生长技术在固体表面构建了微米/纳米结构的PVDF/ZnO超疏水表面，在低温条件下对超疏水表面的防雾抗结冰特性进行了测试，结果表明在低于-10℃条件下水滴在超疏水表面未完全冻结，保持了良好的防雾和抗结冰特性。Ishizaki等(Takahiro Ishizaki,Junko Hieda,NagahirSaito.Electrochimica Acta,2010,55,7094)以甲氧基三甲基硅烷为超疏水基团引入源，采用微波等离子体增强的化学气相沉积法在镁合金表面制备了超疏水膜，采用电化学方法对超疏水膜的抗腐蚀特性进行了测试，研究表明超疏水膜在酸性和中性溶液中表现出良好的化学稳定性。Khorsand等(S.Khorsand,K.Raeissi,F.Ashrafizadeh.Applied Surface Science,2014,305,498)采用电化学沉积法构建了具有微米/纳米结构的超疏水镍膜，SEM结果表明超疏水镍膜表面是由松球状的微米结构构成的，在松球状微米结构表面均匀分散着圆锥体纳米阵列，这种特殊的结构使得镍膜的接触角高达155.7°，电阻抗测试表明，这种超疏水表面的腐蚀率仅为0.16％，并且能在氯化钠溶液中保持长久的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种自清洁特性纳米SiO₂/TiO₂改性PVDF超疏水复合膜的制备方法，可以通过以下方案来实现：一种自清洁特性纳米SiO₂/TiO₂改性PVDF超疏水复合膜的制备方法，其特征在于，制备 过程选用钛酸丁酯(TBOT)为钛源，甲基三乙氧基硅烷(MTES)为改性剂，十二烷基硫酸钠(SDS)为模板剂，氨水为水解促进剂，首先采用共沉淀法制得了超疏水SiO₂/TiO₂纳米粉体。其次，以超疏水SiO₂/TiO₂纳米粉体为疏水基团引入源，PVDF为基本成膜物质，利用超声辅助物理共混法制得了纳米SiO₂/TiO₂-PVDF分散液，采用喷涂法在基材表面制得了具有自清洁特性的纳米SiO₂/TiO₂改性PVDF超疏水复合膜。本发明采用如下技术方案：

(1)配制一定浓度的钛酸四丁酯乙醇溶液25ml于三口烧瓶中；

(2)向三口烧瓶缓慢加入一定量的MTES，十二烷基硫酸钠，将三口烧瓶置于水浴锅中并剧烈搅拌瓶中物质，待温度稳定后，缓慢地向烧瓶加入一定量的氨水，继续反应1h，得到反应产物，采用去离子水和无水乙醇洗涤反应产物若干次，把产物置于鼓风干燥箱中100℃干燥1h，即可获得疏松的超疏水SiO₂/TiO₂纳米粉体；

(3)取步骤(2)制得的SiO₂/TiO₂纳米粉体1g置于10ml乙醇当中，室温条件下进行超声波分散，向其中逐滴加入预先被N，N-二甲基乙酰胺溶解的PVDF溶液，水浴条件下进行搅拌反应，得到反应产物；