CN101608109B - 超疏水性膜表面的低温制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水性膜表面的低温制造方法，其包括以下步骤：将基材表面在10～60％湿度，10～25℃条件下进行紫外光清洁和活化处理；将活化后的基材置于雾化状催化剂环境下，使催化剂附着于基材表面；将吸附有催化剂的基材置于含有疏水性烷基的硅氧烷分子化合物的气化或雾化状态下，于10～80℃下进行反应。经本发明的方法处理过的基材表面疏水性能好，一般可以达到100°以上，最高能达到160°；处理过程温度低，可使不同基材表面在较低的温度下达到疏水化，经处理的基材表面色泽无明显变化；经处理的纤维基材能够保持其透气性；且该方法操作简单，可使用于工业性连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种较低温条件下，超疏水性表面制备方法。
背景技术
超疏水性表面材料有着很广的应用前景，但是超疏水性表面的制备，通常需要加温反应，限制了其应用。例如我们生活中使用的纸质，生物质纤维等材料是可再生利用的环保型材料，但是因其表面是由含有亲水性的化学官能团的分子组成，它是没有耐水性也没有抗污染性的，且由于不耐温而难以制备超疏水化表面。现在被广泛使用的耐水纸，疏水性高分子素材是人工合成产物；由于石化原料的减少和这类纸使用后焚烧处理所产生的二氧化碳排放等问题，合成材料被视为是非环保的；另外，除了环保上的问题以外，还存在不透气、非渗透和疏水性较低的问题。近年来使用纳米技术对超疏水化方法进行研究较多，如湿式法-用分子自组装反应，纳微米颗粒涂料，干式法-低温等离子化学沉积法制造超疏水性表面纸和低温等离子化学沉积法与气相化学反应法连用来形成超疏水性表面纸。这些方法形成的超疏水性纸都是在纸张表面上形成一层超疏水性涂层的涂履技术，无论湿式法还是干式法都存在因膜与纸纤维的结合是以弱的物理或分子间力结合为主，疏水层耐久差的问题。
纸以及高分子、纤维材料，很易变色，机械强度不高，不耐温，所以疏水反应温度不能高，原料也不能有导致纸变色的基团。这些原因使得以无毒性，生物亲和性好的化合物分子为原料，低于100℃温度下的疏水反应的研究受到关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保、反应温度低的超疏水性膜表面的低温制造方法。
本发明的超疏水性膜表面的低温制造方法，包括以下步骤：
(1)将基材表面在10～60％湿度，10～25℃条件下进行紫外光清洁和活化处理；
(2)将活化后的基材置于雾化状催化剂环境下，使催化剂附着于基材表面；
(3)将吸附有催化剂的基材置于含有疏水性烷基的硅氧烷分子化合物的气化或雾化状态下，于10～80℃下进行反应。
步骤(1)所述紫外光是波长为390～172nm的紫外光。
步骤(2)所述反应时间为20～60秒。
步骤(3)所述反应时间为10～180分钟。
所述基材是纸质、棉麻、合成纤维、塑料等有机材料或氧化铝、氧化硅、玻璃、陶瓷、碳素纤维等无机氧化物。
所述催化剂是酸性化合物，如有机酸，脂肪族的一元、二元酸、多元羧酸如乙酸、酒石酸、草酸等；也可以是芳香族有机酸和钛酸等有机无机复合酸性化合物。催化剂使用时可以使用原液也可以用非水溶剂稀释后使用。
所述催化剂是乙酸。
所述含有疏水性烷基的硅氧烷分子化合物是十六烷基三甲氧基硅烷。
经本发明的方法处理过的基材表面疏水性能好，一般可以达到100°以上，最高能达到160°；处理过程温度低，可使不同基材表面在较低的温度下达到疏水化，经处理的基材表面色泽无明显变化；经处理的纤维基材能够保持其透气性；且该方法操作简单，可使用于工业性连续生产。
具体实施方式
下面通过实施例及对比例对本发明做进一步具体描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明以下实施例和对比例中所述疏水性能用接触角测定仪(型号为JC2000C1，上海中晨数字技术设备有限公司生产)进行评价，在室温(10～30℃)下测定，每个样品至少选取5个不同点进行测量，取其平均值。
实施例1
取普通滤纸由172nm紫外光在室温下进行紫外光清洁和活化处理20分钟；然后将滤纸置于雾化状的乙酸环境中60秒；再与雾化状的十六烷基三甲氧基硅烷反应，反应温度为60℃，反应时间为60分钟。结果如表1所示。经处理的滤纸表面最高静水滴接触角达160°，滤纸表面目视色泽无明显变化。
将上述经疏水化处理后的滤纸置于抽滤容器的过滤口处，进行空抽滤和油水混合液的过滤实验。结果表明：纸张具有透气性；油水混合液抽滤结果表明在抽滤压作用下，水相可以通过滤纸。
表1
将上述经疏水化处理的滤纸使用纯水、茶水、咖啡饮料、5％硫酸溶液滴在滤纸表面观察水滴变化，液滴量约0.4ml。结果如表2所示。
表2
实施例2
与实施例1同样的疏水化处理过程，对普通纸、聚乳酸高分子材料、铁片、陶瓷、玻璃和毛玻璃的表面进行处理。结果如表3所示。本发明的处理方法均可使不同基材表面在较低的温度下达到疏水化，随基材表面的粗燥程度不同，接触角最高达到140°，最低为106°。
表3
对比例1
与实施例1同样的基材表面紫外光清洁和活化处理，然后不使用催化剂，将基材与疏水剂放入容器中，在180℃进行气相反应，反应时间为180分钟。结果如表4所示，接触角为100°左右，与上述实施例2中用本发明的方法在60℃进行低温疏水化处理的玻璃相比，效果接近。
表4
对比例2
与实施例1同样的滤纸基材表面紫外光清洁和活化处理，然后不使用催化剂，直接与雾化的疏水剂反应；反应温度和时间分别为60℃、60分钟，80℃、60分钟和80℃、180分钟三种；结果如表5所示，说明无催化剂时疏水反应效果低。
表5
| 试样 | 基材 | 温度 | 反应时间 | 接触角(°) |
| (℃) | (分钟) | 试样1 | 试样2 | 试样3 | ||
| 1 | 滤纸 | 60 | 60 | 51 | 60 | 50 |
| 2 | 滤纸 | 80 | 60 | 49 | 60 | 50 |
| 3 | 滤纸 | 80 | 180 | 42 | 45 | 60 |
Claims (6)
1.超疏水性膜表面的低温制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基材表面在10～60％湿度，10～25℃条件下进行紫外光清洁和活化处理；
(2)将活化后的基材置于雾化状催化剂环境下，使催化剂附着于基材表面；
(3)将吸附有催化剂的基材置于含有疏水性烷基的硅氧烷分子化合物的气化或雾化状态下，于10～80℃下进行反应；
上述催化剂是乙酸、酒石酸或草酸。
2.权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)所述紫外光是波长为390～172nm的紫外光。
3.权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)反应时间为20～60秒。
4.权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(3)反应时间为10～180分钟。
5.权利要求1所述方法，其特征在于，所述基材是有机材料或无机氧化物。
6.权利要求1所述方法，其特征在于，所述含有疏水性烷基的硅氧烷分子化合物是十六烷基三甲氧基硅烷。
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