[发明专利]一种无氟单体水性超疏水材料的制备方法

说明书

本发明为一种无氟单体水性超疏水材料的制备方法。该方法包括以下步骤：1)二氧化硅的表面改性；2)对改性后二氧化硅的表面接枝反应：在反应器中加入水、改性的二氧化硅、碳酸氢钠(NaHCO₃)、乳化剂，超声分散30min，在氩气保护下将单体滴加入到反应体系中，乳化30min，将体系温度升至80℃后，将引发剂溶液滴加至反应体系中，机械搅拌，反应16～24h后，停止反应，得到不同接枝量的水性超疏水材料。本发明可涂覆于多种常用材料表面，制备方法简洁，且获得的超疏水表面具有优异的稳定性，故本发明制备的水性超疏水材料在许多领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明的技术方案涉及有机、无机以及高分子材料领域，具体涉及一种无氟单体水性超疏水材料的制备方法。

背景技术

早在20世纪人们就发现荷叶表面微米尺度的粗糙结构是其具有疏水性与自清洁功能的关键。2002年江雷研究组[L.Jiang,et al.Adv.Mater.,2002,14,1857.]发现在荷叶表面微米结构的乳突上还存在着纳米结构,认为微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起表面强疏水性的根本原因。该研究组发表在2004年Nature上的报告揭开了水黾能够在水面上飞行的秘密[L.Jiang,et al.Nature,2004,432,36.]。当材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°时，我们称此材料具有超疏水性。这种具有特殊润湿性能的超疏水涂料在防冰覆、防腐蚀[Q.Liu,et al.J.Electro.chem.Soc.,2016,163:213.]、自清洁及油水分离[Y.Chen,et al.Appl.Surf.Sci.,2015,335:107.]等方面具有重要的应用。因此，近年来超疏水材料的制备越来越受到人们的关注。

具备超疏水效果的表面一般具有两个条件：一个是表面具有一定的粗糙度，即微纳结构；另一个是在粗糙表面上修饰低表面能物质。常用的方法有：刻蚀法、溶胶凝胶法、模板法等。例如，Huang等人采用NaOH溶液刻蚀铝合金表面，构造出鳞片状微纳米结构，通过对表面修饰低表面能物质后，对水的接触角达到了156°[Y.Huang,et al.Appl.Surf.Soc.,2015,356:1012.]；Lee等人用溶胶凝胶的办法在硅铝合金表面形成具有纳米突起的SiO₂薄膜，并用低表面物质修饰SiO₂得到超疏水表面[J.W.Lee,et al.Mater.Lett.,2016,168:83.]；Zhang等人用烟灰做模板制备出接触角高达160°的超疏水纸[J.H.Zhang,et al.RSCAdv.,2016,6:12862.]。可规模化、低成本制备，方便使用，同时具有耐摩擦性能的超疏水涂层是当前超疏水材料发展的主要方向。

聚合物/无机复合材料由于其具有独特的性能在各个领域中广泛取代传统材料。其中，制备二氧化硅/聚合物复合材料并将其应用于超疏水领域已成为研究的热点。但是目前制备的超疏水材料主要是利用有机溶剂如甲醇、乙醇或乙酸乙酯溶解低表面能材料(LSEM)，一旦放大生产有机溶剂会造成巨大的环境问题；而且目前所用的低表面能材料主要是含氟的单体，成本高。其次，当前技术中这些材料的微粒之间仅仅是物理作用，微粒之间的结合力比较差，因此纳米颗粒很容易脱落，导致材料的附着力差。目前主要是通过添加粘合剂来达到增加微粒间结合力的，但该方法存在一些不足，添加太少，不足以增加微粒间的结合力；添加过多，会造成相分离，也会掩盖材料表面的微纳结构，达不到超疏水的效果。

发明内容

本发明针对当前技术中存在的耐久性能差、粘合剂与纳米颗粒难以适量调配、成本高以及污染环境等不足，提供一种无氟单体水性超疏水材料的制备方法。本发明用含氟乳化剂和不含氟单体进行乳液聚合。本发明使用的含氟乳化剂会包覆在材料表面形成低表面能，产生超疏水效应，避免了利用含氟单体造成的高成本，更重要的是在此过程中会产生均聚物微球和SiO₂@polymer形成分级结构，更好地构建了超疏水表面。

本发明的技术方案是：

一种无氟单体水性超疏水材料的制备方法，包括以下步骤：