一种草莓状超疏水复合微球及其应用制造技术

本发明专利技术为一种草莓状超疏水复合微球及其应用。该微球由以下方法制得：（1）将氨基聚苯乙烯微球、乙醇、正硅酸乙酯和蒸馏水加入到反应器中，室温下反应24h，将产物用乙醇洗涤，真空干燥后，得到草莓状的复合微球；（2）将草莓状复合微球、溶剂、硅烷偶联剂加入到反应器中，在25℃‑100℃的条件下，反应5‑15h，将产物离心，得到草莓状超疏水微球。本发明专利技术草莓状超疏水微球与环氧树脂配合使用作为超疏水涂层具有优异、稳定的超疏水性能，将泥水泼洒在制备的超疏水表面，泥水并不会污染超疏水表面，从而实现表面的自清洁功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超疏水涂层材料的
，具体涉及一种超疏水复合纳米微球的制备以及构筑耐磨超疏水涂层的应用。
技术介绍
当材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°时，我们称此材料具有超疏水性。上世纪50年代起，国外专家和学者着手研究超疏水涂层，直至1997年德国科学家Barthlott[W.Barthlott,etal.Planta,1997,202:1.]等人证实，自然界的超疏水现象是由微米尺寸的乳突和低表面能的蜡晶共同决定的。2002年江雷等人[L.Jiang,etal.Adv.Mater.,2002,14,1857.]认为微米乳突上的纳米结构对材料表面的超疏水性能同样起着重要作用，提出超疏水性能是由其表面的微纳双尺度结构和其表面的低表面能物质共同决定。这种具有特殊润湿性能的超疏水涂料在防冰覆、防腐蚀[Q.Liu,etal.J.Electro.chem.Soc.,2016,163:213.]、自清洁及油水分离[Y.Chen,etal.Appl.Surf.Sci.,2015,335:107.]等方面具有重要的应用。因此，近年来超疏水材料的制备越来越受到人们的关注。具备超疏水效果的表面通常具有两个条件：一个是表面具有一定的粗糙度，即微纳结构；另一个是在粗糙表面上修饰低表面能物质。常用的方法有：刻蚀法、溶胶凝胶法、模板法、等。例如，Huang等人采用NaOH溶液刻蚀铝合金表面，构造出鳞片状微纳米结构，通过低表面能物质修饰后，其对水的接触角达到了156°[Y.Huang,etal.Appl.Surf.Soc.,2015,356:1012.]；Lee等人用溶胶凝胶的办法在硅铝合金表面形成具有纳米突起的SiO2薄膜，并用低表面物质修饰SiO2得到超疏水表面[J.W.Lee,etal.Mater.Lett.,2016,168:83.]；Zhang等人用烟灰做模板制备出接触角高达160°的超疏水纸[J.H.Zhang,etal.RSCAdv.,2016,6:12862.]；可规模化、低成本制备，方便使用，同时具有耐摩擦性能的超疏水涂层是当前超疏水材料发展的主要方向。但是，当前这些微纳结构疏水材料的纳米结构与微米结构之间仅仅是物理作用，因此纳米颗粒很容易脱落。
技术实现思路
本专利技术针对当前技术中存在的耐久性能差、使用受限等不足，提供一种草莓状复合微球。该微球耐久性好，应用范围广泛，同时可规模化、低成本制备超疏水材料。采用PS(聚苯乙烯)@SiO2杂化的草莓状微球构建微纳结构，形成的纳米二氧化硅融合生长到聚苯乙烯微球(母球)上，并用环氧树脂胶粘剂将制备的微纳结构粘结于不同基底上，因此形成的微纳结构涂层具有很强的耐久性；同时，由于母球上带有未反应和裸露的胺基，因此可与环氧树脂形成化学键结合，提高了微球与粘合层的结合力。本专利技术中超疏水微球的制备操作简单、成本低廉，无需昂贵设备及严苛工艺条件，同时超疏水微球与环氧树脂通过化学键结合得到的超疏水表面牢固耐用。本专利技术的技术方案是：一种草莓状超疏水复合微球，该微球由以下方法制得，包括以下步骤：(1)将氨基聚苯乙烯微球、乙醇、正硅酸乙酯和蒸馏水加入到反应器中，室温下反应24h，将产物用乙醇洗涤，真空干燥后，得到草莓状的复合微球；物料质量比为氨基聚苯乙烯微球：乙醇：正硅酸乙酯：蒸馏水＝1：1-1000：1-100：1-100；(2)将草莓状复合微球、溶剂、硅烷偶联剂加入到反应器中，在25℃-100℃的条件下，反应5-15h，将产物离心，得到草莓状超疏水微球；其中，质量比草莓状复合微球：溶剂：硅烷偶联剂＝1：10-100：0.1-10；所述步骤中氨基聚苯乙烯微球包括线性氨基聚苯乙烯微球或交联度为1％-80％的交联氨基聚苯乙烯微球，粒径范围为200nm-20μm；所述步骤(2)中溶剂为甲苯、二甲苯、己烷、石油醚、乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯和甲酸异丙酯中的一种或多种；所述步骤中所用硅烷偶联剂为全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟丙烷三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或八甲基环四硅氧烷；所述的草莓状超疏水微球的应用方法，为与环氧树脂配合使用作为超疏水涂层，包括以下步骤：将上述本专利技术提供的草莓状超疏水微球加入到分散溶剂中，得到分散液；将环氧树脂作为底层涂料涂覆于基体材料表面，固化后再采用喷涂法将分散液作为外涂层涂敷于固化的底层涂层之上，待外涂层中分散液挥发完全，即构成超疏水自清洁表面；所述的物料质量配比(质量比)为草莓状超疏水微球：分散溶剂＝1：10-1000。所述的分散溶剂为甲苯、二甲苯、己烷、石油醚、乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯和甲酸异丙酯中的一种或多种；所述应用步骤中基体材料为木材、金属、建筑内外墙、塑料或玻璃。本专利技术的有益效果为：本专利技术可涂覆于多种常用材料表面，涂层材料制备方法简洁，且获得的超疏水表面具有优异的稳定性，故本专利技术制备的超疏水材料在许多领域具有良好的应用前景：(1)本专利技术的超疏水涂料适用性强，木材、金属、建筑内外墙、塑料、玻璃表面都可以涂敷，具有超强的防水防污效果，实例一中对涂覆超疏水涂料的玻璃表面进行了防污测试，发现涂有本材料的玻璃不会被泥水污染；(2)本专利技术在粘结过程中，草莓型微球的结构对涂料的稳定性具有很大贡献，液态或半固态环氧树脂胶黏剂接触到草莓状微球上裸露的聚苯乙烯时，聚苯乙烯上的氨基和环氧树脂的环氧基反应成键，使得微球牢固的粘结在了环氧树脂的表面。本专利技术所得涂层静态接触角大于150°，滚动角小于5°，达到超疏水效果。草莓状微球表面具有纳米的突起，当液滴与粗糙表面接触时，由于水的表面张力的作用使得液滴底部一部分与涂料表面的微纳突起接触，一部分与突起之间的空气接触，符合现今公认的Cassie-Baxter模型。实例一中对涂覆超疏水涂料的玻璃表面进行了防污测试，同时对玻璃基材上的超疏水表面进行了耐摩擦实验，发现用磨耗仪摩擦180圈后接触角为155°，仍具有超疏水效果，这也验证了本专利技术的草莓状微球可以和底层胶粘剂较好的结合，使其具有了很强的耐摩擦性能。涂覆超疏水涂料的载玻片最大静态接触角达到167.0°，滚动角小于2°，说明本专利技术的草莓状材料可以构建出微纳结构，比较适合做为超疏水材料。(3)本专利技术无需复杂操作，无需复杂设备，且具有优异、稳定的超疏水性能，将泥水泼洒在制备的超疏水表面，泥水并不会污染超疏水表面，从而实现表面的自清洁功能。本专利技术具有良好的工业发展应用前景。附图说明1)图1为实施例一中所制备的草莓状超疏水微球的微观结构SEM照片；2)图2为实施例一中所构筑超疏水涂层以及附着水滴的光学照片，其中右上角插图为该涂层的静态接触角测试照片，最大静态接触角达到167.0°；3)图3为实施例一中所构筑的玻璃基底涂覆超疏水涂层(左)与未涂覆超疏水涂层(右)经泥浆污染后的对比照片；4)图4为实施例一中所构建的玻璃基底涂覆超疏水涂层在经过磨耗仪测试后的光学照片及静态接触角测试照片，静态接触角为155.0°；具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术做进一步描述；本专利技术所述的氨基聚苯乙烯微球包括线性氨基聚苯乙烯微球或交联氨基聚苯乙烯微球，为公知本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种草莓状超疏水复合微球，其特征为该微球由以下方法制得，包括以下步骤：（1）将氨基聚苯乙烯微球、乙醇、正硅酸乙酯和蒸馏水加入到反应器中，室温下反应24h，将产物用乙醇洗涤，真空干燥后，得到草莓状的复合微球；物料质量比为氨基聚苯乙烯微球：乙醇：正硅酸乙酯：蒸馏水=1：1‑1000：1‑100：1‑100；（2）将草莓状复合微球、溶剂、硅烷偶联剂加入到反应器中，在25℃‑100℃的条件下，反应5‑15h，将产物离心，得到草莓状超疏水微球；其中，质量比草莓状复合微球：溶剂：硅烷偶联剂=1：10‑100：0.1‑10。

【技术特征摘要】
1.一种草莓状超疏水复合微球，其特征为该微球由以下方法制得，包括以下步骤：（1）将氨基聚苯乙烯微球、乙醇、正硅酸乙酯和蒸馏水加入到反应器中，室温下反应24h，将产物用乙醇洗涤，真空干燥后，得到草莓状的复合微球；物料质量比为氨基聚苯乙烯微球：乙醇：正硅酸乙酯：蒸馏水=1：1-1000：1-100：1-100；（2）将草莓状复合微球、溶剂、硅烷偶联剂加入到反应器中，在25℃-100℃的条件下，反应5-15h，将产物离心，得到草莓状超疏水微球；其中，质量比草莓状复合微球：溶剂：硅烷偶联剂=1：10-100：0.1-10。2.如权利要求1所述的草莓状超疏水复合微球，其特征为所述步骤中氨基聚苯乙烯微球包括线性氨基聚苯乙烯微球或交联度为1%-80%的交联氨基聚苯乙烯微球，粒径范围为200nm-20μm。3.如权利要求1所述的草莓状超疏水复合微球，其特征为所述步骤（2）中溶剂为甲苯、二甲苯、己烷、石油醚、乙醚、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯和甲酸异丙酯中的一种或多种。4.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，顾有才，王小梅，
申请(专利权)人：天津傲卓菲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12