CN107716252A - 一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法及其用途 - Google Patents

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戴江栋
谢阿田
常忠帅
田苏君
葛文娜
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Abstract

本发明属于环境功能材料制备技术领域，公开了一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法及其用途，按照下述步骤进行：基膜的超亲水修饰：将基膜材料浸过亲水溶液后，干燥，得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；超疏水修饰：将已制备的超亲水复合膜浸入疏水剂溶液中进行疏水修饰，得到自洁型超疏水复合膜材料。通过本发明所述的方法所制备的自洁型超疏水复合膜材料成功地实现了膜材料的超疏水性能，可在抗污自洁、防雾或防冰领域中广泛使用。

Description

一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法及其用途
技术领域
本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法及其用途。
背景技术
自洁是在重力、雨水、风力等外力作用下将物体表面的污染物或灰尘颗粒自动脱落而除去的性能。由于莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠。因此，即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保持干燥；此外，水珠从荷叶上滚落，可以清除其上吸附的灰尘颗粒，达到自我洁净、一尘不染的效果。关于自然界中的自洁材料有很多，如槐叶表面、冬瓜表面、水黾腿等等，经过研究人员研究，发现，这些具有自洁性能的超疏水表面具有致密的微纳米粗糙结构和低表面能的物质，这两种特殊的构造，成为现今制备超疏水材料的两种重要的思路。
近年来，由于工业的飞速发展以及环境治理的滞后，雾霾、轻雾、沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象越发严重，物体表面会逐渐沉积一层细微的颗粒状污染物，难以清洗，特别是太阳能板表面和汽车挡风板表面，不仅仅影响材料本身的性能，更造成了巨大的危险，因此对于这种污染物的治理刻不容缓，而“荷叶的出淤泥而不染”的现象给予科研人员的极大灵感，经过一定的表面处理，使得材料也具有荷叶的自洁功能。
发明内容
本发明通过超亲水与超疏水的两步修饰，成功地在普通材料表面形成具有自洁性能的复合表面，在物体自洁方面是一种具有前景的方法。
本发明的目的是提供一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，首先基膜的超亲水修饰：将基膜材料浸过亲水溶液后，干燥，得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；超疏水修饰：将已制备的超亲水复合膜浸入疏水剂溶液中进行疏水修饰，得到自洁型超疏水复合膜材料；并通过多种表征手段，揭示复合材料的形貌与疏水性能，并应用于物体表面的抗污自洁、防雾或防冰领域。
本发明采用的技术方案是：
一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，按照下述步骤进行：
步骤1、基膜的超亲水修饰：在基膜表面喷涂或浸一层有机钛酸酯溶液，干燥，清洗，即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
步骤2、超疏水修饰：将步骤1中的超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在氟硅烷疏水剂溶液中，干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
步骤1中，基膜为金属筛网、耐高温滤膜、金属多孔材料、阻燃布料，有机玻璃、钢化玻璃或金属板材。
所述有机钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸异丙酯或钛酸四丁酯中的一种或多种。
所述有机钛酸酯溶液浓度是0.1-100mg·mL-1。
所述有机钛酸酯溶液的溶剂为己烷、环己烷、乙醇、丁醇等中的一种或多种。
步骤1中，清洗为蒸馏水、热水或去离子水。
步骤2中，所述的氟硅烷疏水剂为全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷或全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种；所述氟硅烷疏水剂溶液的浓度为1-100mg·mL-1。
步骤2中，所述的氟硅烷疏水剂溶液的溶剂为己烷或环己烷非极性溶剂。
步骤2中的干燥是20-80℃下烘干0.5-5小时。
将本发明所制备的自洁型超疏水复合膜材料用于抗污自洁、防雾或防冰领域。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所用的基材广泛，包含高分子材料、金属材料、木质材料等各个领域。
(2)制得的自洁型超疏水复合膜材料具有超疏水、抗污、自洁等性能。
(3)鉴于该自洁型超疏水复合膜材料的优异性能，可在材料表面自洁、材料防水等领域广泛使用。
(4)本发明的制备方法简单易行、流程较短、操作易控，适于推广使用。
附图说明
图1为自洁型超疏水复合膜材料的扫描电镜图。
图2为自洁型超疏水复合膜材料的静态接触角图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
在金属筛网表面喷涂或浸一层浓度为50mg·mL-1的钛酸四乙酯的乙醇溶液中，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为20mg·mL-1的全氟辛基三氯硅烷的己烷溶液中50℃下烘干3小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
图1为自洁型超疏水复合膜材料的扫描电镜图，清晰地可以看出，表面具有大量的微纳米结构。
图2为自洁型超疏水复合膜材料的静态接触角图，接触角为155o，说明已经达到超疏水性能。
实施例2：
在耐高温滤膜表面喷涂或浸一层浓度为50mg·mL-1的钛酸四乙酯的己烷溶液中，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为20mg·mL-1的全氟辛基三氯硅烷的己烷溶液中50℃下烘干3小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
实施例3：
在金属多孔材料表面喷涂或浸一层浓度为0.1mg·mL-1的钛酸四乙酯的环己烷溶液中，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为100mg·mL-1的全氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，20℃下烘干5小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
实施例4：
在阻燃布料表面喷涂或浸一层浓度为100mg·mL-1的钛酸四丁酯的丁醇溶液中，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为1mg·mL-1的全氟辛基三氯硅烷的环己烷溶液中，80℃下烘干0.5小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
实施例5：
在有机玻璃或钢化玻璃表面喷涂或浸一层浓度为100mg·mL-1的钛酸异丙酯的己烷溶液，，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为1mg·mL-1的全氟辛基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，80℃下烘干0.5小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
实施例6：
在金属板材表面喷涂或浸一层浓度为20mg·mL-1的钛酸四丁酯的丁醇溶液，空气中干燥，蒸馏水、热水或去离子水清洗即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
将超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在浓度为10mg·mL-1的全氟癸基三氯硅烷的己烷溶液，50℃下烘干3小时或空气中干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
本发明中具体实施方案中吸附性能评价按照下述方法进行：在接触角测试后，将自洁型超疏水复合膜材料进行抗污性能研究。取制备好的自洁型超疏水复合膜材料，表面沉积一层灰尘，然后使用雨淋的方式，将表面污染物清除，研究表面污染物的清除情况。

Claims (10)

1.一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤1、基膜的超亲水修饰：在基膜表面喷涂或浸一层有机钛酸酯溶液，干燥，清洗，即可得到超亲水/水下超疏油复合膜材料；
步骤2、超疏水修饰：将步骤1中的超亲水/水下超疏油复合膜材料表面喷涂或浸在氟硅烷疏水剂溶液中，干燥，得到自洁型超疏水复合膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，基膜为金属筛网、耐高温滤膜、金属多孔材料、阻燃布料，有机玻璃、钢化玻璃或金属板材。
3.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸异丙酯或钛酸四丁酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机钛酸酯溶液浓度是0.1-100mg·mL-1。
5.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机钛酸酯溶液的溶剂为己烷、环己烷、乙醇、丁醇等中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，清洗为蒸馏水、热水或去离子水。
7.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的氟硅烷疏水剂为全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷或全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种；所述氟硅烷疏水剂溶液的浓度为1-100mg·mL-1。
8.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的氟硅烷疏水剂溶液的溶剂为己烷或环己烷。
9.根据权利要求1所述的一种自洁型超疏水复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤2中的干燥是20-80℃下烘干0.5-5小时。
10.权利要求1～9任意一项所述的方法制备的自洁型超疏水复合膜材料的用途，其特征在于，将所制备的自洁型超疏水复合膜材料用于抗污自洁、防雾或防冰领域。
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