制备耐磨超双疏表面的原料组合物及制备方法、耐磨超双疏表面、应用及制件与流程

本发明涉及超双疏材料领域，具体涉及一种制备耐磨超双疏表面的原料组合物及制备方法、耐磨超双疏表面、应用及制件。

背景技术：

1、近年来，受荷叶、玫瑰花瓣、蝴蝶翅膀、壁虎脚、水黾和鱼鳞等自然界动植物疏水现象的启发，仿生超浸润材料的制备成为研究热点。超双疏表面是指对水和油的接触角均大于150°的表面。相比之下，双疏表面比疏水、疏油表面更复杂，在实际应用中也有着巨大潜力，所以它的开发与研制更是备受关注。它将疏水、疏油表面各自的特性集于一身，除防污染、自清洁等基本功能外，在金属防腐蚀，石油管道内壁的防腐，天线防冰，防生物附着，润滑油防爬行，皮革制品耐油、耐机械擦伤等方面也有出色表现，使其在众多工业领域及日常生活中有着广泛的应用前景。

2、研究表明，构建超双疏表面的两个关键因素是微纳米复合粗糙结构的构造和低表面能物质(如氟化合物)的修饰。经过近年来的发展，超双疏材料的制备方法和理论研究有了很大的进步，人们可以制备出多种性能的超双疏材料。但在实际生产生活中，大规模的应用还存在很多问题。阻碍其发展的一个重要因素是超双疏表面的机械性能，当对超双疏表面进行机械磨损或摩擦时，将严重破坏表面的粗糙结构，使其超双疏性能降低或完全丧失，一定程度的机械磨损也可能造成超双疏材料脱离基底。另一方面，制备超双疏表面的步骤繁杂或用到的仪器设备昂贵，也是限制其大量应用到日常生产生活中的关键因素。

3、目前，超双疏表面的耐磨损性研究，大部分用到胶水类等粘合剂将双疏材料和基底表面粘合起来，并不是材料本身展现出的耐磨损能力。如果能制备出整体超双疏的材料，即使材料表面受到磨损，暴露出来的内部结构仍具有超双疏性，依然能够维持表面的超双疏性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的耐机械磨损性能差、耐酸碱性差的问题，提供一种制备耐磨超双疏表面的原料组合物及制备方法、耐磨超双疏表面、应用及制件。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备耐磨超双疏表面的原料组合物，其中，所述组合物包括：微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子、低表面能物质、有机硅烷、醇和水，其中，所述低表面能物质为含氟硅氧烷。

3、本发明第二方面提供一种耐磨超双疏表面的制备方法，其中，所述制备方法包括：

4、(1)将微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子和低表面能物质进行第一水浴反应，得到超双疏颗粒；

5、(2)将有机硅烷、水和醇进行超声均匀，并将得到产物调节ph至4-5，得到混合溶液；

6、(3)将所述超双疏颗粒和所述混合溶液进行第二水浴反应，得到悬浮液；

7、(4)将所述悬浮液进行旋涂在基底材料上，烘干固化后，在基底材料的表面上制得耐磨超双疏表面。

8、本发明第三方面提供一种所述的制备方法得到的耐磨超双疏表面。

9、本发明第四方面提供一种所述的耐磨超双疏表面在金属、玻璃、陶瓷、织物或海绵中的应用。

10、本发明第五方面提供一种具有耐磨超双疏表面的制件，包括基体和所述基体至少一个表面上的所述的耐磨超双疏表面。

11、通过上述技术方案，本发明通过以低表面能物质修饰复合纳米粒子，并用有机硅烷固定在基底而制得耐磨超双疏表面。本发明中用有机硅烷作为超双疏颗粒和基底之间的粘合剂，在弱酸作用下，有机硅烷水解和缩聚反应，一方面与超双疏颗粒上羟基通过化学键结合在一起，另一方面，缩聚使得超双疏颗粒紧密的结合在一起，形成稳定的网络结构。与此同时，水解和缩聚反应还增强了颗粒与基底之间的粘合力，将超双疏颗粒牢牢的固定在基底上，由此可制得具有一定粗糙度的较强的耐磨损的超双疏表面。

12、本发明制得的超双疏表面具有很强的化学稳定性，在不同的腐蚀性液体(ph为1的强酸溶液、ph为14的强碱溶液，氯化钠溶液、或者海水)中浸泡48小时后，仍具有超双疏性能，与水的接触角不小于153°，与乙二醇的接触角不小于151°。

13、本发明制得的超双疏表面，耐磨损能力是通过材料整体的微纳米结构实现的，不仅仅是超双疏的“表面”，而且不受基底限制，制作方法简单易行，适合大面积推广，因此本申请制得的超双疏表面具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种制备耐磨超双疏表面的原料组合物，其特征在于，所述组合物包括：微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子、低表面能物质、有机硅烷、醇和水，其中，所述低表面能物质为含氟硅氧烷。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子的平均粒径为0.5-3μm。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述低表面能物质选自全氟辛基甲基二甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基三氯硅烷中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述有机硅烷具有下式所示的结构式：其中，r1选自甲基、乙基、氨丙基或乙烯基，r2选自甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基或氯，r3选自甲氧基、乙氧基或氯，r4选自甲氧基、乙氧基或氯；

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，相对于所述醇100重量份，所述微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子为15-25重量份，所述低表面能物质为3.7-13.1重量份，所述有机硅烷为10-30重量份，所述水为25-84重量份；

6.一种耐磨超双疏表面的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子的制备方法包括：将蒙脱土分散到乙醇、氨水、正硅酸四乙酯和水的混合溶液中，得到微纳米级蒙脱土-二氧化硅复合结构粒子。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇、硅酸四乙酯、氨水和水的体积比为25-50:2-6:1-3:1，优选为30-40:3-5:1.5-2.5:1；

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一水浴反应的温度为25-50℃，所述第一水浴反应的时间为5-15h；

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二水浴反应的温度为40-80℃，所述第二水浴反应的时间为4-10h；

11.根据权利要求6-10中任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述烘干固化的温度为80-130℃，所述烘干固化的时间为1-4h；

12.根据权利要求6-11中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在第一水浴中，相对于乙醇100重量份，所述蒙脱土为1-5重量份；在第二水浴中，相对于所述醇100重量份，所述低表面能物质为3.7-13.1重量份，所述有机硅烷为10-30重量份；

13.根据权利要求6-12中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述基底材料选自金属、玻璃、陶瓷、织物或海绵中的一种或几种。

14.一种权利要求6-13中任意一项所述的制备方法得到的耐磨超双疏表面。

15.根据权利要求14所述的耐磨超双疏表面，其特征在于，所述耐磨超双疏表面与水的接触角为165°-169°，与乙二醇的接触角为160°-163°；

16.一种权利要求14或15所述的耐磨超双疏表面在金属、玻璃、陶瓷、织物或海绵中的应用。

17.一种具有耐磨超双疏表面的制件，包括基体和所述基体至少一个表面上的权利要求14或15所述的耐磨超双疏表面。

技术总结本发明涉及超双疏材料领域，公开了一种制备耐磨超双疏表面的原料组合物及制备方法、耐磨超双疏表面、应用及制件，其中，所述组合物包括：微纳米级蒙脱土‑二氧化硅复合结构粒子、低表面能物质、有机硅烷、醇和水，其中，所述低表面能物质为含氟硅氧烷。本发明制得的超双疏表面，耐磨损能力是通过材料整体的微纳米结构实现的，不仅仅是超双疏的“表面”，而且不受基底限制，制作方法简单易行，适合大面积推广，因此本申请制得的超双疏表面具有广阔的应用前景。技术研发人员：许春梅,徐伟,张增丽受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17