一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料的制作方法

本发明涉及纳米材料领域，具体而言，涉及一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料。

背景技术：

1、在纳米复合防污涂料领域，由于纳米颗粒的掺杂可实现多种防污策略协同的防污涂层的制备，因此多因素纳米复合防污涂料受到了当今科研人员的广泛关注。纳米sio2作为最常见的纳米材料，其粒径大小通常为10-50nm，具有比表面积大、多孔性、化学稳定性好、高分散性等特性。基于此，纳米sio2作为船舶涂料的填料具有以下优点：提升减阻性能，可以改善船体表面的减阻性能，减少流体摩擦阻力，从而降低船舶的燃油消耗；其高比表面积和可调控性，它可以增强涂层对污垢、藻类、贝壳和其他生物附着的抵抗能力，减少船舶表面的生物污染；提高涂层的硬度和耐磨性，使其更具耐久性，能够承受恶劣海洋环境下的物理损伤；改善涂层与船体表面的附着力，减少剥落和脱落的风险等。

2、但欲实现上述功能需要对纳米sio2进行表面改性，即对粉体进行化学处理及功能化，改善其相关性能，实现上述功能。目前常用的改性剂有：硅烷偶联剂、有机卤化硅烷、醇类及有机聚合物等。

3、目前改性纳米sio2的研究有很多，如国内专利cn109337411a公开了一种获得高稳定分散的亲水性sio2颗粒的方法，将sio2与含有氨烷基的三甲基硅氧烷反应，再与酯类改性剂发生加成反应。专利cn101205423a公开了一种疏水性纳米sio2的制备方法，其在碱性条件下，采用聚甲基含氢硅氧烷作为疏水改性剂，通过溶胶-凝胶法合成疏水性纳米sio2，所得改性纳米sio2与水的静态接触角最高可调控至160°。专利cn102134406a公开了一种制备改性纳米sio2的方法，其选择乙氧基甲基硅烷为改性剂，通过改进的溶胶-凝胶法得到颗粒均匀、粒径和接枝率都可控的改性纳米sio2。改性后的纳米sio2疏水性较好，但分散稳定性仍有待提高。这些专利都较好地实现了二氧化硅的疏水改性，但针对防污效果的提升较少。为了改善涂层防污性能，现有涂料研究中，多数采用直接添加防污剂进入树脂基底中，这会造成防污剂和树脂间不兼容，体系相容性差，影响涂层性能(例如造成防污性能不佳、机械性能差)。

4、专利cn116948524a公开了一种接枝防污基团的两亲性污损释放型防污涂料及其制备方法。所述接枝防污基团由溴代吡咯腈、异氰酸酯基硅烷偶联剂于溶剂中加热反应而制得。该涂料制得的涂层具有两亲性和良好的防污性能。专利cn113512160a公开了一种有机-无机杂化粒子接枝润滑油制备防污表面的方法，采用溶胶凝胶一锅法制备乙烯基改性二氧化硅，选择合适的反应单体和引发剂对乙烯基改性二氧化硅表面进行包覆从而在表面引入反应基团并制备有机-无机杂化核壳结构粒子，进而制备出具有自修复功能的稳定超滑防污表面。这些专利都致力于兼顾涂层表面性能和涂层防污效果。但这些防污涂料或表面均不适用于船舶涂料，也不能有效地防止藻类生长。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料以解决现有技术中防污涂料不适用于船舶涂料、不能抑制藻类生长的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，包括：

4、将防污剂百里酚与含异氰酸根的硅烷偶联剂反应，得到百里酚改性化合物；

5、将百里酚改性化合物、含氟硅烷偶联剂与硅酸乙酯、氨水、乙醇混合，通过溶胶-凝胶法，在二氧化硅纳米颗粒成型过程中对二氧化硅纳米颗粒进行改性，得到百里酚改性纳米二氧化硅超疏水填料。

6、进一步的，按质量份数计，向三口烧瓶中加入1～4份百里酚和1～6份四氢呋喃，加热搅拌，向反应体系中滴加1～5份含异氰酸根的硅烷偶联剂，反应完成后，用去反应体系中的四氢呋喃，得到百里酚改性化合物。

7、进一步的，三口烧瓶中加入1～4份百里酚和1～6份四氢呋喃后，反应温度控制在60～90℃。

8、进一步的，氮气氛围下，向反应体系中滴加1～5份含异氰酸根的硅烷偶联剂，滴加时间控制在1～2小时。

9、进一步的，按质量份数计，向三口烧瓶中加入0.5～2份硅酸乙酯、0.1～1份氨水、10～50份乙醇，后加入0.2～1份百里酚改性化合物、0.2～1份含氟硅烷偶联剂，反应完成后，离心分离样品，洗涤，干燥，得到百里酚改性纳米二氧化硅超疏水填料。

10、进一步的，加入0.5～2份硅酸乙酯、0.1～1份氨水、10～50份乙醇后，在室温下搅拌分散。

11、进一步的，加入0.2～1份百里酚改性化合物、0.2～1份含氟硅烷偶联剂后，在25℃～75℃下搅拌反应4～10h。

12、进一步的，离心分离样品，用去离子水和乙醇洗涤。

13、进一步的，所述的含氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

14、进一步的，所述含异氰酸根的硅烷偶联剂为异氰酸丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。

15、相对于现有技术，本发明所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料具有以下优势：

16、以低表面能含氟硅烷偶联剂和百里酚防污剂为改性剂，通过溶胶-凝胶法得到具有超疏水特性和防污特性的改性纳米sio2颗粒。产物不但具有良好的防污及疏水性能，而且制备方法简单易于合成，有效的抑制藻类生长，适用于船舶防污。

技术特征：

1.一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，按质量份数计，向三口烧瓶中加入1～4份百里酚和1～6份四氢呋喃，加热搅拌，向反应体系中滴加1～5份含异氰酸根的硅烷偶联剂，反应完成后，用去反应体系中的四氢呋喃，得到百里酚改性化合物。

3.根据权利要求2所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，三口烧瓶中加入1～4份百里酚和1～6份四氢呋喃后，反应温度控制在60～90℃。

4.根据权利要求2所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，氮气氛围下，向反应体系中滴加1～5份含异氰酸根的硅烷偶联剂，滴加时间控制在1～2小时。

5.根据权利要求1所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，按质量份数计，向三口烧瓶中加入0.5～2份硅酸乙酯、0.1～1份氨水、10～50份乙醇，后加入0.2～1份百里酚改性化合物、0.2～1份含氟硅烷偶联剂，反应完成后，离心分离样品，洗涤，干燥，得到百里酚改性纳米二氧化硅超疏水填料。

6.根据权利要求5所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，加入0.5～2份硅酸乙酯、0.1～1份氨水、10～50份乙醇后，在室温下搅拌分散。

7.根据权利要求5所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，加入0.2～1份百里酚改性化合物、0.2～1份含氟硅烷偶联剂后，在25℃～75℃下搅拌反应4～10h。

8.根据权利要求5所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，离心分离样品，用去离子水和乙醇洗涤。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，所述的含氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，其特征在于，所述含异氰酸根的硅烷偶联剂为异氰酸丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。

技术总结本发明提供了一种防污剂改性纳米二氧化硅超疏水填料，包括：将防污剂百里酚与含异氰酸根的硅烷偶联剂反应，得到百里酚改性化合物；将百里酚改性化合物、含氟硅烷偶联剂与硅酸乙酯、氨水、乙醇混合，通过溶胶‑凝胶法，在二氧化硅纳米颗粒成型过程中对二氧化硅纳米颗粒进行改性，得到百里酚改性纳米二氧化硅超疏水填料。所制备纳米填料以低表面能含氟硅烷偶联剂和百里酚防污剂为改性剂，通过溶胶‑凝胶法得到具有超疏水特性和防污特性的改性纳米SiO<subgt;2</subgt;颗粒。产物不但具有良好的防污及疏水性能，而且制备方法简单易于合成，有效的抑制藻类生长，适用于船舶防污。技术研发人员：邓冰锋,张诗浩,谢志鹏,王天立,刘文慧受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）技术研发日：技术公布日：2024/6/13