CN111218153A - 具有超疏水性表面的结构体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有超疏水性表面的结构体的制备方法，属于材料技术领域，包括：以纳米SiO2粒子为原料制备改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶，将改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶制成预聚体溶液，然后涂布在清洁的基体结构上，再在基体结构上固化预聚体溶液以形成具有稳定的超疏水性表面的结构体；上述超疏水性表面表现出不低于158°的接触角和小于5°的滚动角。本发明提供的制备方法能增加超疏水性表面的粗糙结构和粗糙度，增大水接触角，降低滚动角和对水的粘滞力，提升耐磨耐久性和高温稳定性，增强耐紫外老化性能以降低紫外风化下的接触角损失率，延长使用寿命，增强防水防污效果。

Description

具有超疏水性表面的结构体的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及具有超疏水性表面的结构体的制备方法。
背景技术
超疏水是一种极端的润湿现象。一般来说，超疏水是指液滴在固体表面的接触角大于150°。此外，如果表面显示小于10°的水滴滚动(滑动)角，则认为表面是：自动清洁的。通常疏水性是通过以表面张力低的分子残基覆盖表面而表现的，超疏水性难以仅用表面张力低的分子残基来表现。由于超疏水表面独特的润湿特性，使其具有广泛的潜在应用，例如防结冰、自清洁、减阻、防雾和耐腐蚀等，在建筑、纺织、通信、航海、航空等领域具有巨大的应用价值。众所周知，荷叶等表面的微纳米二元结构和蜡质材料的共同作用，是形成超疏水的主要原因。
目前所报道的超疏水材料在相对温和条件下可以实现超疏水性能，但是，超疏水表面特殊的微纳米二元结构对外部环境的适应性较差，其在强酸、强碱、高浓度盐、高温、有机溶剂和气体、颗粒或细菌污染、紫外光照射或一些机械磨损等复杂工况条件下都会使表面结构污染或破坏，如工业尘土或盐的沉积所造成或在湿气蒸发的过程中溶解的粒子分离出来沉积在表面，从而就失去了超疏水性能，然而常规的技术不能够防止高温、酸碱环境、紫外线、污染物如灰尘、颗粒或细菌累积对其表面的损坏，严重限制了超疏水表面的实际应用。在众多的公知文献中频繁提及超疏水性膜及它们的制作方法，但它们多数相当于对基材表面的粗糙度的加工方法，其表面处理加工过程容易变复杂，成本也高。另外，在以有机聚合物为基础的超疏水性表面的情况下，虽然成本低，但所得超疏水性表面的耐溶剂性、耐腐蚀性低，因此具有实用上的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能增加表面粗糙结构和粗糙度，增大水接触角，降低滚动角和对水的粘滞力，提升耐磨耐久性和高温稳定性，增强耐紫外老化性能以降低紫外风化下的接触角损失率，延长使用寿命，防水防污效果优异的具有超疏水性表面的结构体的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
具有超疏水性的粉体的制备方法，包括：以纳米SiO2粒子为原料分别制备改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶，上述SiO2醇溶胶中包括光催化剂，上述改性纳米SiO2粒子通过将纳米SiO2粒子置于改性剂和增益剂环境下制得，上述增益剂为二苯基乙醇酮和六氢苯酐；上述粉体制得的超疏水性表面表现出不低于158°的接触角和小于5°的滚动角。该方法使得由粉体形成的超疏水表面的粗糙度提升，接触角变大，且增加了超疏水表面的耐磨耐久性和高温稳定性，有利于增强超疏水表面或具有超疏水表面的结构体的耐热性、耐磨耐久性和使用寿命，能用于制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层。
对本发明而言，改性剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的3-15％；增益剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的0.03-0.15％，其中二苯基乙醇酮和六氢苯酐的重量比为1:0.5-1.5。上述增益剂中利用苯基中的共轭π键与纳米SiO2粒子键合形成稳定的Si-C键，同时与改性剂形成多单元结构的聚集体，该聚集体分子间作用力使得其空间形状不规则，增加了超疏水表面的粗糙度，使得超疏水表面的接触角变大，也增加了超疏水表面的耐磨损性能；另外Si-C键在高温环境中稳定，使得超疏水表面在480℃时才开始失去超疏水特性，以450℃的高温热处理24h后表面仍能保持不低于155°的接触角的超疏水特性，增强了具有超疏水表面的结构体的高温稳定性和耐久性。
对本发明而言，改性剂的实例不限于正辛基三乙氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；优选地，改性剂为苯基三甲氧基硅烷。
对本发明而言，纳米SiO2粒子制备条件为：原料的重量比为硅源:水:氨水:醇＝1:4-6:1-3:10-13，反应温度为40-50℃，时间为4-6h。
进一步的，醇为无水乙醇，氨水的重量分数为20-30％；硅源选自正硅酸甲酯类、正硅酸乙酯类中的一种或几种，实例不限于正硅酸甲酯、正硅酸乙酯；优选地，硅源为正硅酸四乙酯。
对本发明而言，醇溶胶中光催化剂的量为15-35wt％，光催化剂的实例不限于Bi2O3-TiO2、Co-TiO2、Fe2O3-TiO2、V2O5-TiO2；优选地，光催化剂为TiO2。光催化剂能在光照或紫外线下产生自由基，达到紫外保护的效果，还降低了超疏水表面的热量聚集，使得结构体的耐热性增强，并向外释放负氧离子，对环境产生有益影响。
对本发明而言，SiO2醇溶胶通过以下方法制得：取纳米SiO2粒子置于乙醇中，再加入浓度为4-8wt％的盐酸和光催化剂搅拌分散均匀，然后置于35-60℃环境下陈化24-48h，得到SiO2醇溶胶。SiO2醇溶胶经陈化和固化后，在超疏水表面结构内部形成多孔凝胶，在表面磨损后，内部凝胶多孔结构暴露，使得表面具有新的粗糙结构和粗糙度，保持了超疏水性能，增加了超疏水表面的耐磨耐久性和使用寿命。
对本发明而言，具有超疏水性的粉体在制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层中的用途。更具体地说，用于建筑物、车体、船舶体、容器、流体管道等结构体的保护膜，也能用于冰箱、微波炉、洗衣机等家电产品和计算机、电视、便携电话等通信用电子产品的表面涂层中。
本发明还提供了具有超疏水性表面的结构体的制备方法，包括：将预聚体溶液涂布在清洁的基体结构上；以及，在基体结构上固化预聚体溶液，以形成具有稳定的超疏水性表面的结构体；上述预聚体溶液的溶质为具有超疏水性的粉体。该方法制得的结构体其超疏水表面既能阻止水形成连续膜，又能使水在表面形成水流以去除灰尘，具有优异的防水防污效果，可用于制备流体移动用容器，且表现出优异的耐紫外老化性能和长的使用寿命。
对本发明而言，基体结构为任意形状的电介质、半导体、绝缘体或导体结构，包括但不限于聚合物、陶瓷、金属及其化合物、纤维、皮革、玻璃、塑料、木材等。
对本发明而言，涂布的具体方式不限于浸涂、旋涂、喷涂、漆涂、刮涂。
对本发明而言，预聚体溶液的固化操作条件为：温度为100-120℃，时间为2-6h。
本发明的有益效果为：
1)本发明制得的粉体具有超疏水性，接触角大，表现出耐磨耐久性和长的使用寿命，能用于制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层；
2)本发明的制备方法能增加由粉体制得的超疏水表面的高温稳定性，使其在480℃时才开始失去超疏水特性，以450℃的高温热处理24h后表面仍能保持不低于155°的接触角的超疏水特性；
3)本发明制得的结构体具有稳定的超疏水性表面，优异的防水防污效果，可用于制备流体移动用容器，且表现出优异的耐紫外老化性能和长的使用寿命，基质结构不限材料和形状，打破了其在高温、紫外光照射、机械磨损等复杂工况条件下的使用限制。
本发明采用了上述技术方案提供具有超疏水性表面的结构体的制备方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为不同超疏水表面的水接触角在磨损测试中的变化示意图；
图2为不同超疏水表面的接触角与热处理温度的关系示意图；
图3为不同超疏水表面的接触角在450℃高温下的耐久性示意图；
图4为不同超疏水表面的接触角与紫外老化处理时间的关系示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
具有超疏水性的粉体的制备方法，包括：以纳米SiO2粒子为原料分别制备改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶，上述SiO2醇溶胶中包括光催化剂，上述改性纳米SiO2粒子通过将纳米SiO2粒子置于改性剂和增益剂环境下制得，上述增益剂为二苯基乙醇酮和六氢苯酐；上述粉体制得的超疏水性表面表现出不低于158°的接触角和小于5°的滚动角。该方法使得由粉体形成的超疏水表面的粗糙度提升，接触角变大，且增加了超疏水表面的耐磨耐久性和高温稳定性，有利于增强超疏水表面或具有超疏水表面的结构体的耐热性、耐磨耐久性和使用寿命，能用于制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层。
对本发明而言，改性剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的3-15％；增益剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的0.03-0.15％，其中二苯基乙醇酮和六氢苯酐的重量比为1:0.5-1.5(如1:0.65或1:0.8或1:1.15或1:1.2等)。上述增益剂中利用苯基中的共轭π键与纳米SiO2粒子键合形成稳定的Si-C键，同时与改性剂形成多单元结构的聚集体，该聚集体分子间作用力使得其空间形状不规则，增加了超疏水表面的粗糙度，使得超疏水表面的接触角变大，也增加了超疏水表面的耐磨损性能；另外Si-C键在高温环境中稳定，使得超疏水表面在480℃时才开始失去超疏水特性，以450℃的高温热处理24h后表面仍能保持不低于155°的接触角的超疏水特性，增强了具有超疏水表面的结构体的高温稳定性和耐久性。
对本发明而言，改性剂的实例不限于正辛基三乙氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷；优选地，改性剂为苯基三甲氧基硅烷。
对本发明而言，纳米SiO2粒子制备条件为：原料的重量比为硅源:水:氨水:醇＝1:4-6:1-3:10-13(如1:4.5:1.5:11或1:5:2.5:12.5或1:5.5:3:11.5等)，反应温度为40-50℃，时间为4-6h。
进一步的，醇为无水乙醇，氨水的重量分数为20-30％；硅源选自正硅酸甲酯类、正硅酸乙酯类中的一种或几种，实例不限于正硅酸甲酯、正硅酸乙酯；优选地，硅源为正硅酸四乙酯。
更进一步的，制得的纳米SiO2粒子取3/4用于制备改性纳米SiO2粒子，余下的1/4用于制备SiO2醇溶胶。
对本发明而言，醇溶胶中光催化剂的量为15-35wt％，光催化剂的实例不限于Bi2O3-TiO2、Co-TiO2、Fe2O3-TiO2、V2O5-TiO2；优选地，光催化剂为TiO2。光催化剂能在光照或紫外线下产生自由基，达到紫外保护的效果，还降低了超疏水表面的热量聚集，使得结构体的耐热性增强，并向外释放负氧离子，对环境产生有益影响。
对本发明而言，SiO2醇溶胶通过以下方法制得：取纳米SiO2粒子置于乙醇中，再加入浓度为4-8wt％的盐酸和光催化剂搅拌分散均匀，然后置于35-60℃环境下陈化24-48h，得到SiO2醇溶胶。SiO2醇溶胶经陈化和固化后，在超疏水表面结构内部形成多孔凝胶，在表面磨损后，内部凝胶多孔结构暴露，使得表面具有新的粗糙结构和粗糙度，保持了超疏水性能，增加了超疏水表面的耐磨耐久性和使用寿命。
对本发明而言，具有超疏水性的粉体在制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层中的用途。更具体地说，用于建筑物、车体、船舶体、容器、流体管道等结构体的保护膜，也能用于冰箱、微波炉、洗衣机等家电产品和计算机、电视、便携电话等通信用电子产品的表面涂层中。
本发明还提供了具有超疏水性表面的结构体的制备方法，包括：将预聚体溶液涂布在清洁的基体结构上；以及，在基体结构上固化预聚体溶液，以形成具有稳定的超疏水性表面的结构体；上述预聚体溶液的溶质为具有超疏水性的粉体。该方法制得的结构体其超疏水表面既能阻止水形成连续膜，又能使水在表面形成水流以去除灰尘，具有优异的防水防污效果，可用于制备流体移动用容器，且表现出优异的耐紫外老化性能和长的使用寿命。
对本发明而言，基体结构为任意形状的电介质、半导体、绝缘体或导体结构，包括但不限于聚合物、陶瓷、金属及其化合物、纤维、皮革、玻璃、塑料、木材等。
对本发明而言，涂布的具体方式不限于浸涂、旋涂、喷涂、漆涂、刮涂。
对本发明而言，预聚体溶液的固化操作条件为：温度为100-120℃，时间为2-6h。
更进一步的，具有超疏水性表面的结构体的制备方法，具体步骤如下：
(1)以重量比为硅源:水:氨水:醇＝1:4-6:1-3:10-13的比例将原料混合，然后在40-50℃温度下反应4-6h，得到分散的纳米SiO2粒子；
(2)取1/4的纳米SiO2粒子置于4-10倍量的乙醇中，再加入浓度为4-8wt％的盐酸和光催化剂，搅拌分散均匀，然后置于35-60℃环境下陈化24-48h，得到SiO2醇溶胶；
(3)取余下的3/4的纳米SiO2粒子溶于5-10倍量的无水乙醇中，调节pH为7-9后，向其中添加改性剂和增益剂，并于50-80℃温度下搅拌反应2-4h，抽滤，用乙醇冲洗后，干燥，得到改性纳米SiO2粒子；
(4)将基体结构浸泡于乙醇中，超声清洗10-30min，干燥，即得清洁的基体结构；
(5)取所得改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶混合均匀，形成预聚体溶液，再将预聚体溶液涂布于基体结构上，然后置于100-120℃环境下固化2-6h，即可得到具有超疏水表面的结构体。
虽然在前面的描述中详细描述了本发明的各方面，但是这样的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的。应当理解，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案特别地，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。
实施例1：
具有超疏水性的粉体的制备方法，其具体步骤如下：
(1)以重量比为正硅酸四乙酯:水:氨水:醇＝1:4.5:2.5:12的比例将原料混合，然后在50℃温度下反应6h，得到分散的纳米SiO2粒子，上述醇为无水乙醇，氨水的重量分数为25％；
(2)取1/4的纳米SiO2粒子置于8倍量的乙醇中，再加入浓度为6.5wt％的盐酸和TiO2，搅拌分散均匀，然后置于55℃环境下陈化35h，得到SiO2醇溶胶，上述盐酸的添加量为纳米粒子重量的8％，TiO2的量为醇溶胶重量的20％；
(3)取余下的3/4的纳米SiO2粒子溶于5-10倍量的无水乙醇中，调节pH为8后，向其中添加改性剂苯基三甲氧基硅烷和增益剂，并于70℃温度下搅拌反应3.5h，抽滤，用乙醇冲洗后，干燥，得到改性纳米SiO2粒子，上述苯基三甲氧基硅烷的添加量为纳米SiO2粒子重量的13.5％，增益剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的0.05％，上述增益剂为二苯基乙醇酮和六氢苯酐，其重量比为1:1.5；
(4)将SiO2醇溶胶在150℃下干燥，然后于改性纳米SiO2粒子混合，粉磨，即得具有超疏水性的粉体。
实施例2：
具有超疏水性表面的粉体的制备方法，本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(3)中制备改性纳米SiO2粒子时未添加增益剂二苯基乙醇酮和六氢苯酐。
实施例3：
具有超疏水性表面的结构体的制备方法，具体步骤如下：
(1)以重量比为正硅酸四乙酯:水:氨水:醇＝1:6:2.5:11.5的比例将原料混合，然后在50℃温度下反应5.5h，得到分散的纳米SiO2粒子，上述醇为无水乙醇，氨水的重量分数为28％；
(2)取1/4的纳米SiO2粒子置于10倍量的乙醇中，再加入浓度为7wt％的盐酸和TiO2，搅拌分散均匀，然后置于60℃环境下陈化30h，得到SiO2醇溶胶，上述盐酸的添加量为纳米粒子重量的8％，TiO2的量为醇溶胶重量的30％；
(3)取余下的3/4的纳米SiO2粒子溶于5-10倍量的无水乙醇中，调节pH为9后，向其中添加苯基三甲氧基硅烷和增益剂，并于80℃温度下搅拌反应3h，抽滤，用乙醇冲洗后，干燥，得到改性纳米SiO2粒子，上述苯基三甲氧基硅烷的添加量为纳米SiO2粒子重量的10％，增益剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的0.1％，上述增益剂为二苯基乙醇酮和六氢苯酐，其重量比为1:1；
(4)将基体结构浸泡于乙醇中，超声清洗30min，干燥，即得清洁的基体结构；
(5)取所得改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶混合均匀，形成预聚体溶液，再将预聚体溶液涂布于基体结构上，然后置于120℃环境下固化4.5h，即可得到具有超疏水表面的结构体。
实施例4：
具有超疏水性表面的结构体的制备方法，本实施例与实施例3不同之处在于：步骤(5)中添加有粘结剂，具体措施为：取所得改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶与粘结剂混合均匀，形成预聚体溶液，再将基体结构置于预聚体溶液中使其被充分润湿，然后置于120℃环境下固化4.5h，即可得到具有超疏水表面的结构体，上述粘结剂的添加量为SiO2醇溶胶重量为0.08％，上述粘结剂为重量比为1:0.5的环氧氯丙烷和二甲氨基丙腈，上述粘结剂能将使得活化改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶，增加聚集体溶液中的活性位点，进而通过化学连接加快基体结构和超疏水表面间的粘附进程，使得超疏水表面粗糙度因粘附加快而增加，以此降低超疏水表面的滚动角和对水的粘滞力，增加结构体超疏水表面的耐磨耐久性；同时两者协同作用，在紫外环境下能发生自由基阻聚作用，增强了超疏水表面的耐紫外老化性能，在经6000h的紫外风化测试后超疏水性保持良好，接触角损失率低于3％。
实施例5：
具有超疏水性表面的结构体的制备方法，本实施例与实施例3不同之处在于：步骤(5)预聚体溶液中不含有SiO2醇溶胶，仅采用改性纳米SiO2粒子制备得到具有超疏水表面的结构体。
实施例6：
具有超疏水性表面的结构体的制备方法，具体步骤如下：
(1)将基体结构浸泡于乙醇中，超声清洗30min，干燥，即得清洁的基体结构；
(2)取实施例1制得的具有超疏水性的粉体分散于10倍量的乙醇中，形成预聚体溶液，再将预聚体溶液涂布于基体结构上，然后置于120℃环境下固化4.5h，即可得到具有超疏水表面的结构体。
实施例7：
具有超疏水性表面的结构体的制备方法，本实施例与实施例6不同之处在于：步骤(2)采用实施例2所制的具有超疏水性的粉体。
试验例1：
不同超疏水表面的疏水性测试
试验方法：取实施例3、4、6、7制得的结构体样品，采用SL200B型接触角测定仪测试不同超疏水表面的水接触角和滚动角，通过控制微量进样器来控制水滴的大小，将5μL的小水珠滴到涂层的表面，由计算机获得水滴在表面的接触图，然后通过单圆切拟合法得到接触角；测量滚动角时，将5μL的水滴先滴到表面，然后缓慢调节样品台的倾斜角度，使水滴在重力作用下发生滚动，开始滚动时样品台与水平线之间的夹角即为滚动角；在表面的不同位置进行测试，做5组平行测试，取平均值，结果如下表1所示。
表1不同超疏水表面的接触角和滚动角测试结果
接触角/° 滚动角/°
实施例3 160.7 4.3
实施例4 161.1 3.6
实施例6 160.8 4.5
实施例7 153.2 5.3
由上表可知，实施例3、4、6的超疏水表面的接触角皆大于158°，滚动角皆小于5°，而实施例7的接触角小于158°，滚动角大于5°，说明实施例7的超疏水表面的疏水性能较低，表面对水的粘滞力较高，主要是由于其他实施例中制备方法添加有增益剂，增益剂能增加超疏水表面的粗糙度，使得超疏水表面的接触角变大，疏水性能更优异；实施例3和6的接触角和滚动角差异不明显，但实施例4的滚动角较两者表现更优异，具有更低的对水的粘滞力，说明实施例4粘结剂的添加使得超疏水表面粗糙度因粘附加快而增加，以此降低超疏水表面的滚动角和对水的粘滞力。
试验例2：
不同超疏水表面的耐磨损性能测试
试验方法：取实施例3、4、5、6、7制得的结构体样品，取一张1000目的砂纸，使超疏水表面面向砂纸的粗糙面，使用500g砝码的力压在砂纸上，耐磨性测试时，将样品沿着同一方向来回移动10cm，将两次移动过程定义为一个摩擦测试循环。每次摩擦测试之后，测试样品的接触角。其结果如图1所示。
图1为不同超疏水表面的水接触角在磨损测试中的变化示意图。由图可知，实施例5的水接触角下降最快，实验结束时接触角仅为138°，未达到超疏水性的要求，说明SiO2醇溶胶的添加使得表面具有不同的粗糙结构和粗糙度，有利于保持超疏水性能，增加其耐磨耐久性和使用寿命；其他组别中实施例7下降最快，实验结束时接触角为148°，实施例3和6次之，实验结束时接触角分别为158.2°和159.1°，实施例4的下降趋势最缓慢，实验结束时接触角为160.1°，说明了增益剂和粘结剂通过对超疏水表面粗糙度的增强作用，能增加了超疏水表面的耐磨耐久性能。
试验例3：
不同超疏水表面的耐高温性测试
试验方法：取实施例6、7制得的结构体样品，然后分别在80℃、160℃、240℃、320℃、400℃、480℃、560℃、640℃、720℃、800℃温度下，在空气气氛中煅烧3h。同时，为了研究超疏水表面在高温下的耐久性，将结构体在450℃下煅烧不同的时间长度，使用静态接触角来评价涂层在煅烧前后的疏水性变化，结果如图2、3所示。
图2为不同超疏水表面的接触角与热处理温度的关系示意图，图3为不同超疏水表面的接触角在450℃高温下的耐久性示意图。由图2可知，实施例6的超疏水表面在480℃以后其接触角开始降至150°以下，失去超疏水性能，而实施例7的表面在320℃以后其接触角就降至150°以下，失去超疏水性能；由图3可知，实施例6的超疏水表面在450℃的高温热处理24h后表面仍能保持不低于155°的接触角的超疏水特性，实施例7则在18h后接触角就降至150°以下，失去超疏水性能；综合图2和3可得，增益剂的添加能增强超疏水表面的耐热性，增强具有超疏水表面的结构体的高温稳定性和耐久性。
试验例4：
不同超疏水表面的耐紫外老化性能测试
试验方法：取实施例3、4制得的结构体样品，置于紫外老化箱中进行耐老化程度测试。加速老化条件为温度60℃，光强0.89W/m2。评定标准为ISO 11507：2007。结果如图4所示。
图4为不同超疏水表面的接触角与紫外老化处理时间的关系示意图。由图可知，实施例3在风化5000h以后接触角降至150°以下，失去超疏水性能，而实施例4在风化6000h以后接触角为155.5°，超疏水性保持良好，接触角损失率低于3％，说明实施例4中粘结剂的加入能增强超疏水表面的耐紫外老化性能。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.具有超疏水性表面的粉体的制备方法，包括：以纳米SiO2粒子为原料分别制备改性纳米SiO2粒子和SiO2醇溶胶，所述SiO2醇溶胶中包括光催化剂，所述改性纳米SiO2粒子通过将纳米SiO2粒子置于改性剂和增益剂环境下制得，所述增益剂为二苯基乙醇酮和六氢苯酐；
所述粉体制得的超疏水性表面表现出不低于158°的接触角和小于5°的滚动角。
2.根据权利要求1所述的具有超疏水性表面的粉体的制备方法，其特征在于：所述改性剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的3-15％；所述增益剂的添加量为纳米SiO2粒子重量的0.03-0.15％，所述二苯基乙醇酮和六氢苯酐的重量比为1:0.5-1.5。
3.根据权利要求1所述的具有超疏水性表面的粉体的制备方法，其特征在于：所述纳米SiO2粒子制备条件为：原料的重量比为硅源:水:氨水:醇＝1:4-6:1-3:10-13，反应温度为40-50℃，时间为4-6h。
4.根据权利要求3所述的具有超疏水性表面的粉体的制备方法，其特征在于：所述醇为无水乙醇，所述氨水的重量分数为20-30％；所述硅源选自正硅酸甲酯类、正硅酸乙酯类中的一种或几种，优选地，硅源为正硅酸四乙酯。
5.根据权利要求1所述的具有超疏水性表面的粉体的制备方法，其特征在于：所述醇溶胶中光催化剂的量为15-35wt％。
6.根据权利要求1所述的具有超疏水性表面的粉体的制备方法，其特征在于：所述SiO2醇溶胶通过以下方法制得：取纳米SiO2粒子置于乙醇中，再加入浓度为4-8wt％的盐酸和光催化剂搅拌分散均匀，然后置于35-60℃环境下陈化24-48h即得。
7.权利要求1-6任一项所述的方法制得的具有超疏水性表面的粉体在制备具有超疏水性和低粘滞力的膜或表面涂层中的用途。
8.具有超疏水性表面的结构体的制备方法，包括：将预聚体溶液涂布在清洁的基体结构上；以及，在所述基体结构上固化所述预聚体溶液，以形成具有稳定的超疏水性表面的结构体；所述预聚体溶液的溶质为权利要求1-6任一项所述的方法制得的具有超疏水性的粉体。
9.根据权利要求8所述的具有超疏水性表面的结构体的制备方法，其特征在于：
所述基体结构为任意形状的电介质、半导体、绝缘体或导体结构。
10.根据权利要求8所述的具有超疏水性表面的结构体的制备方法，其特征在于：
所述预聚体溶液的固化操作条件为：温度为100-120℃，时间为2-6h。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112048202A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 陈佳 一种钢基耐腐蚀超疏水涂层的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955728A (zh) * 2009-07-17 2011-01-26 黄祥道 一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料
CN110183880A (zh) * 2019-05-21 2019-08-30 东南大学 一种光催化超双疏涂料及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955728A (zh) * 2009-07-17 2011-01-26 黄祥道 一种用于光学塑料表面增强的有机-无机杂化耐磨透明涂料
CN110183880A (zh) * 2019-05-21 2019-08-30 东南大学 一种光催化超双疏涂料及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112048202A (zh) * 2020-09-14 2020-12-08 陈佳 一种钢基耐腐蚀超疏水涂层的制备方法

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