專利名稱：一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機無機復合材料的應用技術領域，尤其涉及一種有機無機納米復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，屬于表面化學技術領域。
背景技術：
全球生物系統(tǒng)根據(jù)表面性質(zhì)和相互作用可以被分為兩類第一類是低黏附性的系統(tǒng)，擁有最小的黏附力和潤濕性。能夠?qū)崿F(xiàn)自清潔的荷葉就是一個典型的例子，研究人員據(jù)此項發(fā)現(xiàn)制備仿生超疏水表面。第二類是高黏附性的系統(tǒng)，表面具有較高的黏附力和摩擦力。由于表面黏附力的存在，在水滴與高黏附性超疏水表面的接觸角大于150°的情況下，將表面傾斜90°甚至180°，水滴仍然不滾落。壁虎腳趾墊出色的黏附能力使其幾乎可以在任何類型的表面上自由行走。目前高黏附性超疏水表面的制備通常采用控制表面形貌和調(diào)整表面化學組成兩種方法，研究表明Wenzel模型比Cassie模型更利于黏附，當固體表面由兩種或兩種以上的材料構成時，其中一種材料擁有比較高的表面自由能，能在微納米尺度范圍內(nèi)增加固液界面間的作用力，而在宏觀尺度上則對膜層整體表面能和浸潤性沒有很大的影響。高黏附性超疏水表面可以作為“機械手”抓取液滴，在微米尺度上操縱液滴方面具有奇妙的應用，可以在微流體系統(tǒng)、液體無損轉(zhuǎn)移、生物技術等方面發(fā)揮重大作用。關于多壁碳納米管超疏水性能的研究是一個人們都非常關注的課題，也產(chǎn)生了部分研究成果?，F(xiàn)有技術中，制備低黏附性和導電性超疏水表面的方法較多，中國發(fā)明專利公開號CN102702554A公開了一種共聚物接枝碳納米管超疏水材料的制備方法，采用自由基聚合法制 得α-甲基苯乙烯與甲基丙烯酸丁酯的共聚物，將其接枝到多壁碳納米管表面制得低黏附性的超疏水薄膜。中國發(fā)明專利公開號CN102504432A公開了一種聚苯乙烯導電超疏水復合膜制備方法，將多壁碳納米管和磺化聚苯乙烯溶于溶劑中，真空抽濾得到聚苯乙烯導電超疏水薄膜。對于多壁碳納米管用于制備高黏附性超疏水薄膜的研究尚未見報道。將多壁碳納米管制成高黏附性的超疏水薄膜既可以擴大其應用領域，又將為液滴傳輸領域增添一個更有魅力的新材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種制作成本低，制作過程簡單，并且對水滴具有良好的黏附性的復合材料超疏水薄膜的制備方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，包括步驟1.制備納米二氧化硅
將正硅酸乙酯加入到催化劑與醇類溶劑的混合液中，在50 70°C下反應3 8小時，洗滌，干燥，研磨制得納米二氧化硅；
所述催化劑為氨水與所述正硅酸乙酯與氨水的質(zhì)量比為1:1 2。
2.制備氨基修飾的納米二氧化硅
將所述納米二氧化硅加入苯類溶劑中，超聲分散20分鐘，加入帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑，在40 50°C下攪拌反應4 12小時，洗滌，干燥，研磨制得氨基修飾的納米二氧化硅；所述帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷，所述納米二氧化硅與帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1. 5 2。3.制備酰氯化的多壁碳納米管
將多壁碳納米管、氯化亞砜、N, N-二甲基甲酰胺放入單口燒瓶中，超聲分散20分鐘，65 75°C回流反應18 24小時，抽濾，洗滌，干燥，研磨制得酰氯化的多壁碳納米管；
其中所述多壁碳納米管、氯化亞砜、N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為1:200 300:0. 5
Io4.制備硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料
將所述酰氯化的多壁碳納米管、氨基修飾的納米二氧化硅、硬脂酸加入苯類溶劑中，超聲分散20分鐘，在100 110°C之間回流反應3 8小時，抽濾，洗滌，干燥，研磨制得硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料；
所述多壁碳納米管、氨 基修飾的納米二氧化硅、硬脂酸的質(zhì)量比為1:2 3:4 8。5.制備復合材料高黏附性超疏水薄膜
將所述硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料超聲分散20分鐘，以無機或有機材料為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜；
上述步驟I中所述醇類溶劑為甲醇、乙醇或丁醇，用量為正硅酸乙酯質(zhì)量的30 40
倍;
上述步驟2中所述苯類溶劑為苯，甲苯或二甲苯，其用量為納米二氧化硅質(zhì)量的40 50倍；
上述步驟4中所述苯類溶劑為苯、甲苯或二甲苯，其用量為硬脂酸質(zhì)量的20 30倍； 上述步驟5中所述無機或有機材料為硅片、陶瓷、玻璃、半導體、高分子材料。本發(fā)明是一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，具有如下優(yōu)點
(I)通過化學反應實現(xiàn)有機相和無機相之間的鍵合，提高界面結合強度。(2)制備過程簡單、重復性好，無需復雜的化學處理也不需要昂貴的設備，易于產(chǎn)業(yè)化，便于推廣使用。(3)該薄膜無味無毒，制得的產(chǎn)品表面有優(yōu)良的超疏水和對水滴的黏附性能，在微米尺度上操縱液滴方面將會有良好的應用。
具體實施例方式下面結合實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例一1.制備納米二氧化硅
IOg氨水加入到200g無水乙醇中，攪拌20分鐘使其混合均勻，用恒壓分液漏斗緩慢滴加6g正硅酸乙酯，60°C下攪拌反應6小時，醇洗離心三遍，最后50V干燥12小時，研磨制得
納米二氧化硅。2.制備氨基修飾的納米二氧化硅
稱取Ig上述制得的納米二氧化硅置于50g甲苯中，超聲分散20分鐘，迅速加入2g3-氨丙基三乙氧基硅烷，40°C下反應5小時，醇洗離心三遍，最后50°C干燥12小時，研磨制得氨基修飾的納米二氧化硅。3.制備酰氯化的多壁碳納米管
將O. 2g多壁碳納米管、50g氯化亞砜、O. 15g N，N-二甲基甲酰胺放入單口燒瓶中，超聲分散20分鐘，70°C回流反應24小時。4.制備硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料
將O. 2g酰氯化的多壁碳納米管、O. 5g氨基修飾的納米二氧化硅、1. 5g硬脂酸加入到甲苯中，超聲分散20分鐘，100°C回流反應8小時，抽濾，洗滌，50°C干燥12小時，制得硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料。5.制備復合材料高黏附性超疏水薄膜
將所述硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料超聲分散后，以硅片為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜。實施例二 1.制備納米二氧化硅
7.5g氨水加入到150g無水乙醇中，攪拌20分鐘使其混合均勻，用恒壓分液漏斗緩慢滴加4. 5g正硅酸乙酯，60°C下攪拌反應6小時，醇洗離心三遍，最后50V干燥12小時，研磨制
得納米二氧化硅。2.制備氨基修飾的納米二氧化硅
稱取O. 05g上述制得的納米二氧化硅置于25g甲苯中，超聲分散20分鐘，迅速加入Ig3-氨丙基三乙氧基硅烷，50°C下反應4小時，醇洗離心三遍，50°C干燥12小時，研磨制得氨基修飾的納米二氧化硅。3.制備酰氯化的多壁碳納米管
將O. 025g多壁碳納米管、7. 5g氯化亞砜、O. 0125g N, N- 二甲基甲酰胺放入單口燒瓶中，70°C回流反應24小時。4.制備硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料
將O. 025g酰氯化的多壁碳納米管、O. 05g氨基修飾的納米二氧化硅、O. 2g硬脂酸加入到甲苯中，超聲分散20分鐘，105°C回流反應3小時，抽濾，洗滌，50攝氏度干燥12小時，得到硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料。5.制備復合材料高黏附性超疏水薄膜
將所述硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料超聲分散20分鐘，以玻璃為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜。實施例三1.制備納米二氧化硅
5g氨水加入到IOOg無水乙醇中，攪拌20分鐘使其混合均勻。用恒壓分液漏斗緩慢滴加3g正硅酸乙酯，60°C下攪拌反應8小時，醇洗離心三遍，最后50°C干燥12小時，研磨制得納米二氧化硅。2.制備氨基修飾的納米二氧化硅
稱取O. 5g上述制得的納米二氧化硅置于30g甲苯中，超聲分散20分鐘，迅速加入Ig3_氨丙基三乙氧基硅烷，40°C下反應12小時，醇洗離心三遍，最后50°C干燥12小時，研磨制得氨基修飾的納米二氧化硅。3.制備酰氯化的多壁碳納米管
將O.1g多壁碳納米管、25g氯化亞砜、O. 075g N, N- 二甲基甲酰胺放入單口燒瓶中，70°C回流反應24小時。4.制備硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料
將O.1g酰氯化的多壁碳納米管、O. 3g氨基修飾的納米二氧化硅、O. 8g硬脂酸加入到甲苯中，超聲分散20分鐘，100°C回流反應5小時，洗滌，干燥之后得到硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料。5.制備復合材料高黏附性超疏水薄膜
將所述硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料超聲分散后，以陶瓷為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的`前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。一切從本發(fā)明的構思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所作出的結構變換均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，步驟如下 1)制備納米二氧化硅 將正硅酸乙酯加入到催化劑與醇類溶劑的混合液中，在50 70°C下反應3 8小時，洗滌，干燥，研磨制得納米二氧化硅； 所述催化劑為氨水與所述正硅酸乙酯與氨水的質(zhì)量比為1:1 2 ; 2)制備氨基修飾的納米二氧化硅 將所述納米二氧化硅加入苯類溶劑中，超聲分散20分鐘，加入帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑，在40 50°C下攪拌反應4 12小時，洗滌，干燥，研磨制得氨基修飾的納米二氧化硅； 所述帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷，所述納米二氧化硅與帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:1. 5 2 ; 3)制備酰氯化的多壁碳納米管 將多壁碳納米管、氯化亞砜、N，N-二甲基甲酰胺放入單口燒瓶中，超聲分散20分鐘，65 75°C回流反應18 24小時，抽濾，洗滌，干燥，研磨制得酰氯化的多壁碳納米管； 所述多壁碳納米管、氯化亞砜、N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為1:200 300:0.5 I ; 4)制備硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料 將所述酰氯化的多壁碳納米管、氨基修飾的納米二氧化硅、硬脂酸加入苯類溶劑中，超聲分散20分鐘，在100 110°C之間回流反應3 8小時，抽濾，洗滌，干燥，研磨制得硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料； 所述多壁碳納米管、氨基修飾的納米二氧化硅、硬脂酸的質(zhì)量比為1:2 3:4 8 ; 5)制備復合材料高黏附性超疏水薄膜 將所述硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料超聲分散20分鐘，以無機或有機材料為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜。
2.如權利要求1所述的一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，其特征在于在所述制納米二氧化硅的過程中，所述醇類溶劑為甲醇、乙醇或丁醇，用量為正硅酸乙酯質(zhì)量的30 40倍。
3.如權利要求1所述的一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，其特征在于在所述制氨基修飾的納米二氧化硅的過程中，所述苯類溶劑為苯，甲苯或二甲苯，其用量為納米二氧化硅質(zhì)量的40 50倍。
4.如權利要求1所述的一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，其特征在于所述制硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料的過程中，所述苯類溶劑為苯、甲苯或二甲苯，其用量為硬脂酸質(zhì)量的20 30倍。
5.如權利要求1所述的一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，其特征在于所述制復合材料高黏附性超疏水薄膜的過程中，所述無機或有機材料為硅片、陶瓷、玻璃、半導體、高分子材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合材料高黏附性超疏水薄膜的制備方法，首先，將正硅酸乙酯加入到催化劑與醇類溶劑的混合液中，反應制得納米二氧化硅。然后，將所述納米二氧化硅加入苯類溶劑中，加入帶氨基的硅烷偶聯(lián)劑，制得氨基修飾的納米二氧化硅。將多壁碳納米管、氯化亞砜、N,N—二甲基甲酰胺放入單口燒瓶，回流反應制得酰氯化的多壁碳納米管。最后，將所述氨基修飾的納米二氧化硅、酰氯化的多壁碳納米管、硬脂酸加入到苯類溶劑中，回流反應制得硬脂酸接枝的多壁碳納米管/納米二氧化硅復合材料，將所述復合材料超聲分散后以無機或有機材料為基底，通過涂覆方法制得所述復合材料高黏附性超疏水薄膜；制備過程簡單、重復性好，成本低，便于推廣使用。
文檔編號C09D1/00GK103059618SQ20131000158
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權日2013年1月4日
發(fā)明者劉偉良, 劉金秋, 柏沖, 姚金水 申請人:山東輕工業(yè)學院