專利名稱：一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超疏水材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，超疏水材料的發(fā)展使其在人們的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，具體表現(xiàn)在防污、防水、防霧、防冰凍、自清潔和液體的無損耗傳輸?shù)纫恍╊I(lǐng)域。因此，各種類型的超疏水材料的制備引起了人們的廣泛關(guān)注。材料表面的浸潤性是由表面粗糙度和表面化學(xué)組成共同決定的。通常超疏水材料的制備有兩種方法，一種是在粗糙表面修飾低表面能物質(zhì)，另一種是在疏水材料表面構(gòu)建一定的表面粗糙度。眾所周知，二氧化硅纖維具有以下的特性:耐熱性強，機械強度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，吸濕性小，加工性好且價格便宜。若是能夠?qū)⒍趸枥w維做成超疏水材料，賦予普通超疏水材料以二氧化硅纖維的優(yōu)異特性，將極大的擴大超疏水材料的應(yīng)用范圍。但是超疏水材料要求表面必須具有一定的粗糙度，而二氧化硅纖維表面非常光滑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決現(xiàn)有疏水材料應(yīng)用面較窄，環(huán)境適應(yīng)性較差，穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)容易被破壞的問題，而提供一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法。本發(fā)明的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法按以下步驟進行:一、先依次用鹽酸和去離子水清洗二氧化硅纖維，再依次用無水乙醇和去離子水清洗二氧化硅纖維，重復(fù)本步驟中的操作2 4次，然后干燥；二、將步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在KH-550的甲苯溶液中5h 7h，然后在鹽酸中處理0.5h 1.5h，用去離子水清洗后干燥，得到二氧化硅纖維；其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與KH-550的甲苯溶液的體積的比為IOOmg: (20 100)mL，KH-550的甲苯溶液中KH-550的體積分?jǐn)?shù)為I%，其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與鹽酸的體積的比為IOOmg: (20 100) mL，所述的鹽酸的摩爾濃度為0.12mol/L，所述的步驟一后的二氧化硅纖維的直徑為10 μ m 70 μ m ;三、將二氧化硅微球置于去離子水中，在頻率為90MHz IlOMHz下超聲IOmin 30min,然后在轉(zhuǎn)速為7500rpm 8500rpm下離心15min 20min,重復(fù)本步驟中的操作4 6次，然后在溫度為30 50°C的條件下烘干，得到二氧化硅微球；四、將步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為90MHz IlOMHz下分散在異丙醇中，得到二氧化硅/異丙醇懸浮液；其中所述的二氧化硅微球的質(zhì)量與異丙醇的體積的比為(I 5)mg:lmL ;其中所述的步驟三得到的二氧化娃微球的粒徑為260nm 300nm ；五、將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中7h 9h，常溫下晾干即得到 復(fù)合材料；
六、將氟硅烷加入到正己烷中，再加入醋酸，然后在轉(zhuǎn)速為400rpm 600rpm的室溫條件下攪拌9h llh，最后將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中7h 9h，常溫下干燥即得到二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料；其中所述的氟硅烷和正己烷的質(zhì)量比為1: (45 55)，所述的醋酸的體積和正己烷的質(zhì)量的比為ImL: (35 45) g，所述的醋酸的pH值為3。經(jīng)本發(fā)明的方法處理后二氧化硅微球粒徑均勻，球型較好，通過在二氧化硅纖維表面修飾二氧化硅微球使纖維具有一定的表面粗糙度，得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料，其接觸角為152°，具有優(yōu)異的超疏水性能，且采用的是二氧化硅纖維這種無機材料，所以耐熱性強，機械強度高,化學(xué)穩(wěn)定性好,吸濕性小,加工性好,擴大了普通超疏水材料的應(yīng)用范圍。


圖1為實施例1中步驟一后的二氧化硅纖維的掃描電鏡照片；圖2為實施例1中步驟一后的二氧化硅纖維的FT-1R譜圖；圖3為對實施例1中步驟二得到的二氧化硅纖維的FT-1R譜圖；圖4為實施例1中步驟三得到的二氧化硅微球的掃描電鏡照片；圖5為實施例1得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的掃描電鏡照片；圖6為實施I得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合材料的接觸角照片。
具體實施方式
本發(fā)明的技術(shù)方案不局限于以下具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法按以下步驟進行:一、先依次用鹽酸和去離子水清洗二氧化硅纖維，再依次用無水乙醇和去離子水清洗二氧化硅纖維，重復(fù)本步驟中的操作2 4次，然后干燥；二、將步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在KH-550的甲苯溶液中5h 7h，然后在鹽酸中處理0.5h 1.5h，用去離子水清洗后干燥，得到二氧化硅纖維；其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與KH-550的甲苯溶液的體積的比為IOOmg: (20 100)mL，KH-550的甲苯溶液中KH-550的體積分?jǐn)?shù)為I%，其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與鹽酸的體積的比為IOOmg: (20 100) mL，所述的鹽酸的摩爾濃度為0.12mol/L，所述的步驟一后的二氧化硅纖維的直徑為10 μ m 70 μ m ;三、將二氧化硅微球置于去離子水中，在頻率為90MHz IlOMHz下超聲IOmin 30min,然后在轉(zhuǎn)速為7500rpm 8500rpm下離心15min 20min,重復(fù)本步驟中的操作4 6次，然后在溫度為30 50°C的條件下烘干，得到二氧化硅微球；四、將步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為90MHz IlOMHz下分散在異丙醇中，得到二氧化硅/異丙醇懸浮液；其中所述的二氧化硅微球的質(zhì)量與異丙醇的體積的比為(I 5)mg:lmL ;其中所述的步驟三得到的二氧化娃微球的粒徑為260nm 300nm ；
五、將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中7h 9h，常溫下晾干即得到復(fù)合材料；六、將氟硅烷加入到正己烷中，再加入醋酸，然后在轉(zhuǎn)速為400rpm 600rpm的室溫條件下攪拌9h llh，最后將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中7h 9h，常溫下干燥即得到二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料；其中所述的氟硅烷和正己烷的質(zhì)量比為1: (45 55)，所述的醋酸的體積和正己烷的質(zhì)量的比為ImL: (35 45) g，所述的醋酸的pH值為3。經(jīng)本實施方式的方法處理后二氧化硅微球粒徑均勻，球型較好，通過在二氧化硅纖維表面修飾二氧化硅微球使纖維具有一定的表面粗糙度，得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料，其接觸角為152°，具有優(yōu)異的超疏水性能，且采用的是二氧化硅纖維這種無機材料,所以耐熱性強,機械強度高,化學(xué)穩(wěn)定性好,吸濕性小,加工性好,擴大了普通超疏水材料的應(yīng)用范圍。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中重復(fù)本步驟中的操作3次，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:步驟二中將步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在KH-550的甲苯溶液中6h，然后在鹽酸中處理lh，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:步驟二中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與KH-550的甲苯溶液的體積的比為IOOmg:50mL,
其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是:步驟三中在頻率為99MHz下超聲20min，然后在轉(zhuǎn)速為8000rpm下離心18min，重復(fù)本步驟中的操作5次，然后在溫度為40°C的條件下烘干，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是:步驟四中將步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為99MHz下分散在異丙醇中，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是:步驟四中所述的步驟三得到的二氧化硅微球與步驟二中步驟一后的二氧化硅纖維的質(zhì)量比為2: 1，所述的二氧化硅微球的質(zhì)量與異丙醇的體積的比為4mg: lmL，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟五中將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中8h，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是:步驟六中在轉(zhuǎn)速為500rpm的室溫條件下攪拌10h，最后將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中8h，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是:步驟六中所述的氟硅烷和正己烷的質(zhì)量比為1: 50，所述的醋酸的體積和正己烷的質(zhì)量的比為ImL: 40g，其它步驟 及參數(shù)與具體實施方式
一至九之一相同。
用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果:實施例1、一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法按以下步驟進行:一、取200mg 二氧化硅纖維，先用IOOmL鹽酸清洗，然后用200mL去離子水清洗，再用IOOmL無水乙醇清洗，最后再用200mL去離子水清洗，重復(fù)本步驟中的操作3次，然后在溫度為40°C的條件下干燥；二、取IOOmg步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在40mL的KH-550的甲苯溶液中6h，然后在50mL的鹽酸中處理lh，得到二氧化硅纖維；其中KH-550的甲苯溶液中KH-550的體積分?jǐn)?shù)為I %，其中所述的鹽酸的摩爾濃度為0.12mol/L，所述的步驟一后的二氧化硅纖維的直徑為34 μ m ;三、將300mg 二氧化硅微球置于4mL去離子水中，在頻率為99MHz下超聲20min，然后在轉(zhuǎn)速為8000rpm下離心20 min,重復(fù)本步驟中的操作5次,然后在溫度為40°C的條件下烘干，得到二氧化硅微球；四、取200mg步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為99MHz下分散在50mL異丙醇中，得到二氧化硅/異丙醇懸浮液；其中所述的步驟三得到的二氧化硅微球的直徑為280nm ；五、將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中8h，得到復(fù)合材料；六、將0.4g氟硅烷加入到20g正己烷中，再加入0.5mL醋酸，然后在轉(zhuǎn)速為500rpm的室溫條件下攪拌10h，最后將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中8h，得到二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料；其中所述的醋酸是用去離子水稀釋到的PH值為3的醋酸。試驗一、對實施例1得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料進行性能檢測，檢測試驗如下:采用日立S-4800掃描電子顯微鏡對實施例1中步驟一后的二氧化硅纖維進行掃描電鏡檢測，得到如圖1所示的掃描電鏡照片，由圖1可知二氧化硅纖維的直徑為34 μ m，其表面比較光滑。采用美國PE公司型號為SPECTRUM ONE的傅里葉變換紅外光譜儀對實施例1中步驟一后的二氧化硅纖維進行紅外光譜檢測，得到如圖2所示的FT-1R譜圖，對實施例1中步驟二得到的二氧化硅纖維進行紅外光譜檢測，得到如圖3所示的FT-1R譜圖，由圖2和圖3對比分析可知，3423.30CHT1處的峰為S1-OH的伸縮振動吸收峰，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550處理后的此峰明顯減弱，說明大部分二氧化硅纖維和硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)，且圖3中的二氧化硅纖維在2924.47cm-1處出現(xiàn)了新峰，這是硅烷偶聯(lián)劑帶來的亞甲基的伸縮振動峰，由圖2和圖3可知，二氧化硅纖維已經(jīng)成功的修飾上了硅烷偶聯(lián)劑。采用日立S-4800掃描電子顯微鏡對實施例1中步驟三得到的二氧化硅微球進行掃描電鏡檢測，得到如圖4所示的掃描電鏡照片，由圖4可知二氧化硅微球的直徑為280nm，其粒徑均勻，球型較好。采用日立S-4800掃描電子顯微鏡對實施例1得到的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料進行掃描電鏡檢測，得到如圖5所示的掃描電鏡照片，由圖5可以看出二氧化硅纖維表面長上了二氧化硅微球，使纖維具有一定的表面粗糙度。
采用德國Dataphysics公司型號為0CA20的接觸角儀對實施例1得到的二氧化娃纖維與二氧化硅微球復(fù)合材料的表面進行接觸角檢測，得到如圖6所示的接觸角照片，由圖6可以看出接觸角為152°，說明制得 的復(fù)合材料為超疏水材料。
權(quán)利要求
1.一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法按以下步驟進行: 一、先依次用鹽酸和去離子水清洗二氧化硅纖維，再依次用無水乙醇和去離子水清洗二氧化硅纖維，重復(fù)本步驟中的操作2 4次，然后干燥； 二、將步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在KH-550的甲苯溶液中5h 7h，然后在鹽酸中處理0.5h 1.5h，用去離子水清洗后干燥，得到二氧化硅纖維；其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與KH-550的甲苯溶液的體積的比為IOOmg: (20 100)mL，KH-550的甲苯溶液中KH-550的體積分?jǐn)?shù)為I%，其中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與鹽酸的體積的比為IOOmg: (20 100) mL，所述的鹽酸的摩爾濃度為0.12mol/L，所述的步驟一后的二氧化硅纖維的直徑為10 μ m 70 μ m ; 三、將二氧化硅微球置于去離子水中，在頻率為90MHz IlOMHz下超聲IOmin 30min,然后在轉(zhuǎn)速為7500rpm 8500rpm下離心15min 20min,重復(fù)本步驟中的操作4 6次，然后在溫度為30 50°C的條件下烘干，得到二氧化硅微球； 四、將步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為90MHz IlOMHz下分散在異丙醇中，得到二氧化硅/異丙醇懸浮液；其中所述的步驟三得到的二氧化硅微球與步驟二中步驟一后的二氧化硅纖維的質(zhì)量比為(1.5 2.5):1 ;其中所述的二氧化硅微球的質(zhì)量與異丙醇的體積的比為(I 5)mg:lmL ;其中所述的步驟三得到的二氧化娃微球的粒徑為260nm 300nm ； 五、將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中7h 9h，常溫下晾干即得到復(fù)合材料； 六、將氟娃燒加入到正己燒中，再加入醋酸，然后在轉(zhuǎn)速為400rpm 600rpm的室溫條件下攪拌9h llh，最后·將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中7h 9h，常溫下干燥即得到二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料；其中所述的氟硅烷和正己烷的質(zhì)量比為I: (45 55)，所述的醋酸的體積和正己烷的質(zhì)量的比為ImL: (35 45) g，所述的醋酸的pH值為3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟一中重復(fù)本步驟中的操作3次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟二中將步驟一后的二氧化硅纖維浸沒在KH-550的甲苯溶液中6h，然后在鹽酸中處理lh。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與KH-550的甲苯溶液的體積的比為IOOmg: 50mL，步驟一得到的二氧化硅纖維的質(zhì)量與鹽酸的體積的比為IOOmg: 50mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟三中在頻率為99MHz下超聲20min，然后在轉(zhuǎn)速為8000rpm下離心18min，重復(fù)本步驟中的操作5次，然后在溫度為40°C的條件下烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟四中將步驟三得到的二氧化硅微球在超聲頻率為99MHz下分散在異丙醇中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟四中所述的步驟三得到的二氧化硅微球與步驟二中步驟一后的二氧化硅纖維的質(zhì)量比為2: 1，所述的二氧化硅微球的質(zhì)量與異丙醇的體積的比為4mg:1mL0
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟五中將步驟二得到的二氧化硅纖維沉浸在步驟四得到的二氧化硅/異丙醇懸浮液中8h。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟六中在轉(zhuǎn)速為500rpm的室溫條件下攪拌10h，最后將步驟五得到的復(fù)合材料浸沒其中8h。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法，其特征在于步驟六中所述的氟硅烷和正己烷的質(zhì)量比為1: 50，所述的醋酸的體積和正己烷的質(zhì) 量的比為ImL: 40g。
全文摘要
一種二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料的制備方法。它涉及一種超疏水材料的制備方法。它為解決現(xiàn)有疏水材料應(yīng)用面較窄，環(huán)境適應(yīng)性較差，穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)容易被破壞的問題。方法先預(yù)處理二氧化硅纖維，然后分別用硅烷偶聯(lián)劑和鹽酸處理，再預(yù)處理二氧化硅微球，然后異丙醇處理，再將處理后的二氧化硅纖維放入二氧化硅微球懸浮液中，得到二氧化硅纖維/二氧化硅微球復(fù)合材料后加入氟硅烷正己醇溶液，得到二氧化纖維與二氧化硅微球復(fù)合的超疏水材料，本發(fā)明的二氧化硅纖維與二氧化硅微球復(fù)合超疏水材料，其接觸角為152°，具有優(yōu)異的超疏水性能，且耐熱性強，抗腐蝕性好，可用于制備超疏水材料。
文檔編號C09K3/18GK103232835SQ20131017784
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者孫立國, 祝君龍, 常金輝, 汪成, 趙冬梅 申請人:黑龍江大學(xué)