一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法及其应用，属于特殊润湿性涂层材料领域。该材料是以正硅酸乙酯有效包覆憎水粉，再以正硅酸乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷两种有机硅烷为前驱体，水解缩合而得。具有制备方法简单、性质稳定、防水性好等特点。涂层材料具有低表面张力、耐高低温、耐候性好等优异特性，广泛应用于建筑和纺织等行业。

【技术实现步骤摘要】
一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法及其应用
本专利技术属于涂层材料
，涉及一种层层包覆有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法；本专利技术还涉及有机硅烷聚合物涂层材料在防水剂中的应用。
技术介绍
抗渗、防水及补漏历来一直是建筑工程行业一个备受关注的问题。为此人们研制了各种防水剂、抗渗添加剂及防水涂料。传统的沥青补漏方法虽然能起到防水抗渗的作用，但基于其较高的成本、施工难度大、受紫外线影响和有效期较短等问题而广受诟病。具有优异防水性能，耐化学腐蚀、防风化和防剥落等性能的有机硅防水剂在建筑防水业中脱颖而出，且得到广泛应用。有机硅防水剂与水泥砂浆中的羟基反应，结合成网络结构。水泥砂浆固化后，有机硅中的疏水基团降低材料表面的表面能，阻止水的侵入，从而降低水泥砂浆的吸水率，很好地保持了水泥砂浆的自身性能。市场上常见的有机硅防水剂的活性组分主要是有机硅酸盐、硅烷、硅氧烷和硅树脂等。通常依据粗糙度与低表面能二者的结合构筑防水表面，现有制备防水表面的方法和种类已经很多，但现有制备方法过于依赖复杂的化学物质和精密的实验设备。其次，一般以含氟或硅烷的化合物作为低表面能物质，其价格昂贵且环境危害性大。同时，较长的制备周期也是当前面临的一个难题，这些存在的问题都导致难以有效地制备大面积的防水表面。基于此，利用简单有效的方法构造表面的微观结构，从而获得性能持久和优异的防水表面，并有效应用于实际生产和日常生活的各个方面是急需解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术目的在于利用有机硅烷的水解缩合反应，提供了一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法，是以正硅酸乙酯（TEOS）有效包覆憎水粉（WA），再以正硅酸乙酯（TEOS）和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）两种有机硅烷为前驱体，水解缩合即得层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料；具体包括以下步骤：步骤A.首先将憎水粉（WA）和正硅酸乙酯（TEOS）溶解在乙醇和氨-乙醇混合溶剂中,搅拌0.5小时，使混合均匀，80°C反应完成后，抽滤，干燥后得二氧化硅包覆的憎水粉颗粒WA@SiO2；步骤B.再将步骤A得到的产物、及正硅酸乙酯（TEOS）和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）这两种有机硅烷溶解在乙醇和氨-乙醇混合溶剂中,搅拌0.5小时，使混合均匀，80°C反应完成后，抽滤，干燥后得到层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer。本专利技术上述制备的一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料作为特殊润湿性涂层在防水剂中的应用。本专利技术上述制备的层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料通过简单的涂布法在海绵基底材料上构筑防水涂层，实现在防水剂中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物作为涂层材料利用简单的浸涂法，构造性能持久优异具有防水特性的聚合物涂层，其采用的技术方案如是：以海绵为涂布基底材料，取40mg步骤B制得的有机硅烷聚合物取加入10mL甲苯中，震荡使聚合物均匀分散于甲苯中，采用浸涂法涂布于海绵表面，得具有防水特性的聚合物涂层。海绵基底材料上丰富的功能基团（羟基）与聚合物表面的硅羟基结合形成新的硅氧硅键，最终形成稳定的防水涂层。对本专利技术具有防水特性的层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的性能进行测试及评价。图1为二氧化硅包覆憎水粉WA@SiO2(a1和a2)和再用两种有机硅烷包覆得到的聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer(b1和b2)透射电镜图。通过图1可以看出经过二氧化硅包覆后的憎水粉团聚较为厉害，在放大的透射电镜照片(a2)的边缘处可观察出球状颗粒的存在。用正硅酸乙酯（TEOS）和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）两种有机硅烷包覆后的聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer颗粒的团聚现象得到明显改善(图b2)。从电镜照片中可以看到憎水粉颗粒的尺寸为200nm，用虚线圈A表示。二氧化硅包覆憎水粉呈现球状，颗粒尺寸约为500nm，用虚线圈B表示。而两种有机硅烷包覆的聚合物的颗粒的直径约为0.8-1.1微米。而层层包覆的聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer球与球之间并不是相互独立的，而是由十六烷基-二氧化硅/十六烷基聚合物进行连接(图b2中的白色箭头)，说明两种有机硅烷水解缩合后的聚合物赋予了材料纳米级的粗糙结构。图2为二氧化硅包覆憎水粉WA@SiO2和再用两种有机硅烷包覆得到的聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer的红外谱图。两个红外谱图进行对比后，发现了明显的新的吸收峰的出现。可以看出TEOS和HDTMS在碱性条件下水解缩合后的到的防水涂层聚合物在1082和799cm-1处的吸收峰为聚硅氧烷中Si-O-Si键不对称和对称伸缩振动。说明TEOS水解后的SiO2表面被十六烷基修饰，而赋予材料低表面能。949cm-1处的吸收峰为Si-OH的变形振动。红外谱图表征证明了正硅酸乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷成功修饰了二氧化硅包覆的憎水粉颗粒。图3为层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer分别同时在甲苯、正己烷、甲醇、无水乙醇和丙酮五种溶剂中的分散性照片(5mg/mL)。聚合物在甲醇、无水乙醇和丙酮中均不能完全溶解，从图中可以清楚地看到震荡后白色颗粒就会粘附在小瓶内壁。而聚合物在正己烷中震荡后也不能完全分散，瓶底会沉降颗粒，只有超声加热后才能充分分散。层层包覆聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer在甲苯能完全分散均匀。分散稳定性实验中甲苯为最佳溶剂。图4为层层包覆憎水粉有机硅烷聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer涂覆于两种海绵上的涂覆前后的水滴照片。海绵a和b均为聚氨酯海绵，海绵a为开孔，而b为闭孔。为了观察清楚，事先将水滴进行染色（10ppmMB）。从水滴（7µL）在原海绵和层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂布海绵上的照片中看出，水滴在原海绵表面首先是粘附，1min后逐渐润湿，再铺展海绵表面。而涂布了层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物的海绵，由于粗糙度和低表面能物质的引入，呈现出超疏水性。这种简单的浸涂法可以均匀的涂布于整个海绵的三维空间，最终赋予材料超疏水性，实现防水的功能。图5为7µL水滴在原海绵上和聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer涂覆海绵的接触角照片。7µL水滴在原海绵表面的接触角是85°，1min后，水滴完全润湿原海绵表面。由于粗糙度和低表面能物质的协同效应使得涂布了聚合物的海绵表面呈现出超疏水性，致使水滴呈现完全的球形，赋予材料防水性能。综上所述，本专利技术制备的层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物赋予涂层材料较低的表面能和粗糙度。涂层表面呈现出防水的特性。通过简单的涂布法就能在海绵基底材料上构筑防水涂层，实现在防水剂中的应用。与现有的技术相比，本专利技术提供的一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料是以正硅酸乙酯有效包覆憎水粉，再以两种有机硅烷为前驱体（正硅酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法，其特征在于：以正硅酸乙酯有效包覆憎水粉，再以正硅酸乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷两种有机硅烷为前驱体，水解缩合即得层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料。

【技术特征摘要】
1.一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法，其特征在于：以正硅酸乙酯有效包覆憎水粉，再以正硅酸乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷两种有机硅烷为前驱体，水解缩合即得层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料。2.如权利要求1所述的一种层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物涂层材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤A.首先将憎水粉和正硅酸乙酯溶解在乙醇和氨-乙醇混合溶剂中,搅拌使混合均匀，加热反应完成后抽滤、干燥，得到二氧化硅包覆的憎水粉颗粒WA@SiO2；步骤B.再将步骤A得到的产物、及正硅酸乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷溶解在乙醇和氨-乙醇混合溶剂中,搅拌使混合均匀，加热反应完成后抽滤、干燥，即得层层包覆憎水粉的有机硅烷聚合物WA@SiO2@HD-silica/HD-polymer。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴磊，张想泰，谢子康，司杨，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：青海,63