一種以石英砂和pvc為原料制備耐磨超疏水材料的方法
【專利摘要】本發明公開了一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，該方法為：一、制備超疏水石英砂顆粒；二、室溫下，將PVC溶解于四氫呋喃中，得到混合溶液；三、將超疏水石英砂顆粒超聲分散于混合溶液中，水浴加熱保溫，得到懸濁液；四、將懸濁液均勻涂覆于基底上，將涂覆有懸濁液的基底在室溫條件下干燥后置于干燥箱中，在100℃～120℃條件下干燥1h～2h，然后對干燥后的基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。本發明直接使用成本低廉的粘土礦物石英砂粉為基準原料，通過簡單的操作步驟，溫和的反應條件便可得到耐磨超疏水材料，且該材料具有不受基底限制的優點，同時使石英砂的工業應用得以擴展。
【專利說明】
一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于耐磨超疏水材料制備技術領域，具體涉及一種以石英砂和PVC為原料 制備耐磨超疏水材料的方法。
【背景技術】
[0002] 石英砂是一種成本低廉的粘土礦物和重要的工業原料，它堅硬，耐磨損，化學性質 穩定，我國石英砂儲量豐富，價格低廉，因此加強石英砂耐磨超疏水材料的研發與制備，可 以拓展石英砂的應用范圍與降低耐磨超疏水材料的制備成本。
[0003] 耐磨超疏水材料常見的制備方法包括：
[0004] 1)利用激光標刻法對鋁板樣本進行處理，構建特定的表面粗糙度結構，然后用全 氟烷基硅烷乙醇溶液對樣本進行修飾，最后干燥得到耐磨超疏水表面。
[0005] 此類方法的優點是實驗方法簡單可控，但缺點是使用了全氟硅烷類物質，成本高， 且會影響身體健康和環境。
[0006] 2)首先通過化學刻蝕的方法在織物表面構建一定的粗糙度，然后將氟硅烷分散到 織物表面，即可得到耐磨超疏水的纖維織物。
[0007] 這類方法的優點是所制備的織物具有較好的自清潔能力，缺點是該工藝過程較為 繁雜，需要特殊的儀器設備。
[0008] 3)利用層壓模板法，將聚乙烯薄膜和網狀模板層疊壓制到聚合物上，待降溫冷卻 后將網狀模板剝離，得到耐磨超疏水的聚合物材料。
[0009]這種方法的優點是實驗中所用的模板可以重復循環使用，缺點是實驗條件比較苛 亥IJ，不好控制。
【發明內容】
[0010] 本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種以石英砂和 PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法。該方法簡單，易于實現，不需要苛刻的反應條件和 復雜的反應設備，直接使用成本低廉的粘土礦物石英砂粉為基準原料，通過簡單的操作步 驟，溫和的反應條件便可得到耐磨超疏水材料，且該疏水材料具有不受基底限制的優點。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種以石英砂和PVC為原料制備 耐磨超疏水材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0012] 步驟一、將干燥的石英砂粉超聲分散于水和二甲基二乙氧基硅烷的混合溶劑中， 得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至50°C~60°C后保溫lh~2h， 再將保溫后的混合物料抽濾后在l〇〇°C~120°C條件下干燥lh~2h，得到石英砂顆粒;所述 混合溶劑中水和二甲基二乙氧基硅烷的體積比為(3.5~4): 1;
[0013] 步驟二、室溫下，將PVC溶解于四氫呋喃中，得到混合溶液；
[0014] 步驟三、將步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中，然后 在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至30°C~50°C后保溫5h~6h，得到懸濁 液;所述石英砂顆粒的質量為PVC質量的3~5倍；
[0015] 步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底上，將涂覆有懸濁液的基底在室 溫條件下干燥l〇min~30min后置于干燥箱中，在100°C~120°C條件下干燥lh~2h，然后對 干燥后的基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料，所述超疏水是指材料表面與 水的接觸角大于150度。
[0016] 上述的一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，其特征在于，步驟 一中所述混合溶劑的體積為石英砂粉質量的2~3倍，其中體積的單位為mL，質量的單位為 g°
[0017] 上述的一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，其特征在于，步驟 二中所述四氫呋喃的體積為PVC質量的10~30倍，其中體積的單位為mL，質量的單位為g。
[0018] 本發明與現有技術相比具有以下優點：
[0019] 1、本發明直接使用成本低廉的粘土礦物石英砂粉為基準原料，通過簡單的操作步 驟，溫和的反應條件便可得到耐磨超疏水材料，且該材料具有不受基底限制的優點，如玻 璃、塑料、硬紙板等基底均可使用。
[0020] 2、本發明制備方法簡單，易于實現，不需要苛刻的反應條件和復雜的反應設備。
[0021] 3、本發明實驗周期短，使石英砂的工業應用得以擴展。
[0022] 4、采用本發明的方法制備的耐磨超疏水材料接觸角可達154°以上，極大地降低了 液滴與基底表面的接觸面積。
[0023] 5、采用本發明的方法制備的耐磨超疏水材料耐摩擦距離可達480cm以上，極大提 高了超疏水材料的耐磨性和機械穩定性。
[0024] 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明實施例1制備的耐磨超疏水材料表面的掃描電鏡圖。
[0026] 圖2為水滴滴加到本發明實施例1制備的耐磨超疏水材料表面的宏觀照片。
[0027] 圖3為本發明實施例2制備的耐磨超疏水材料表面的掃描電鏡圖。
[0028] 圖4為本發明實施例3制備的耐磨超疏水材料表面的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例的制備方法包括以下步驟：
[0031] 步驟一、將30g干燥的石英砂粉超聲分散于48mL水和12mL二甲基二乙氧基硅烷的 混合溶劑中，得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至60°C后保溫2h， 再將保溫后的混合物料抽濾后在120°C條件下干燥2h，得到石英砂顆粒；
[0032] 步驟二、室溫下，將0.9g PVC(聚氯乙烯)溶解于18mL四氫呋喃中，得到混合溶液； [0033]步驟三、將3g步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中，然 后在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至40 °C后保溫6h，得到懸濁液；
[0034] 步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底(玻璃基底)上，將涂覆有懸濁液 的基底在室溫條件下干燥20min后置于干燥箱中，在120°C條件下干燥2h，然后對干燥后的 基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。
[0035] 圖1是本實施例制備的耐磨超疏水材料表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，不同 粒徑的石英砂和硅烷顆粒均勻散布在涂層之中，形成了微納米二元復合結構，通常認為微 納米二元復合粗糙結構與低表面能是得到超疏水表面所必需的兩個條件，PVC(聚氯乙烯） 將這些微納米二元復合結構緊密結合形成穩定的多孔網狀結構，這些特點共同賦予了該涂 層耐磨和超疏水的性能。
[0036] 圖2為甲基藍染色的蒸餾水滴加到本實施例制備的耐磨超疏水材料表面的宏觀照 片，從圖中可以看出，水滴滴加到該材料表面時有很大的靜態接觸角，且當表面有略微的傾 斜，水滴便會從表面滾落，說明該超疏水材料具有優異的疏水效果。
[0037] 實施例2
[0038]本實施例的制備方法包括以下步驟：
[0039]步驟一、將15g干燥的石英砂粉超聲分散于24mL水和6mL二甲基二乙氧基硅烷的混 合溶劑中，得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至55°C后保溫1.5h， 再將保溫后的混合物料抽濾后在l〇〇°C條件下干燥2h，得到石英砂顆粒；
[0040] 步驟二、室溫下，將0.3g PVC(聚氯乙烯)溶解于9mL四氫呋喃中，得到混合溶液； [0041]步驟三、將1.5g步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中， 然后在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至40 °C后保溫6h，得到懸濁液；
[0042]步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底(塑料基底)上，將涂覆有懸濁液 的基底在室溫條件下干燥l〇min后置于干燥箱中，在100°C條件下干燥2h，然后對干燥后的 基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。
[0043 ]圖3是本實施例制備的耐磨超疏水材料表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，不同 粒徑的石英砂和硅烷顆粒均勻散布在涂層之中，形成了微納米二元復合結構，通常認為微 納米二元復合粗糙結構與低表面能是得到超疏水表面所必需的兩個條件，PVC(聚氯乙烯） 將這些微納米二元復合結構緊密結合形成穩定的多孔網狀結構，這些特點共同賦予了該涂 層耐磨和超疏水的性能。
[0044] 實施例3
[0045] 本實施例的制備方法包括以下步驟：
[0046]步驟一、將15g干燥的石英砂粉超聲分散于35mL水和10mL二甲基二乙氧基硅烷的 混合溶劑中，得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至50°C后保溫lh， 再將保溫后的混合物料抽濾后在ll〇°C條件下干燥lh，得到石英砂顆粒；
[0047] 步驟二、室溫下，將0.45g PVC(聚氯乙烯)溶解于9mL四氫呋喃中，得到混合溶液； [0048] 步驟三、將1.5g步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中， 然后在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至50°C后保溫5h，得到懸濁液；
[0049] 步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底(硬紙板基底)上，將涂覆有懸濁 液的基底在室溫條件下干燥20min后置于干燥箱中，在110°C條件下干燥lh，然后對干燥后 的基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。
[0050] 圖4是本實施例制備的超疏水材料表面的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，不同粒徑 的石英砂和硅烷顆粒均勻散布在涂層之中，形成了微納米二元復合結構，通常認為微納米 二元復合粗糙結構與低表面能是得到超疏水表面所必需的兩個條件，PVC(聚氯乙烯)將這 些微納米二元復合結構緊密結合形成穩定的多孔網狀結構，這些特點共同賦予了該涂層耐 磨和超疏水的性能。
[0051 ] 實施例4
[0052]本實施例的制備方法包括以下步驟：
[0053]步驟一、將10g干燥的石英砂粉超聲分散于19.8mL水和5.2mL二甲基二乙氧基硅烷 的混合溶劑中，得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至60°C后保溫 2h，再將保溫后的混合物料抽濾后在110°C條件下干燥1.5h，得到石英砂顆粒；
[0054] 步驟二、室溫下，將0.5g PVC(聚氯乙烯)溶解于5mL四氫呋喃中，得到混合溶液； [0055]步驟三、將1.5g步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中， 然后在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至30°C后保溫5.5h，得到懸濁液； [0056]步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底上，將涂覆有懸濁液的基底在室 溫條件下干燥30min后置于干燥箱中，在110°C條件下干燥1.5h，然后對干燥后的基底表面 進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。
[0057] 實施例5
[0058]本實施例的制備方法包括以下步驟：
[0059]步驟一、將10g干燥的石英砂粉超聲分散于16mL水和4mL二甲基二乙氧基硅烷的混 合溶劑中，得到混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至60°C后保溫2h，再 將保溫后的混合物料抽濾后在120°C條件下干燥2h，得到石英砂顆粒；
[0060] 步驟二、室溫下，將0.3g PVC(聚氯乙烯)溶解于6mL四氫呋喃中，得到混合溶液； [0061]步驟三、將l.Og步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中， 然后在攪拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至40 °C后保溫6h，得到懸濁液；
[0062]步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底上，將涂覆有懸濁液的基底在室 溫條件下干燥20min后置于干燥箱中，在120°C條件下干燥2h，然后對干燥后的基底表面進 行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料。
[0063 ]在實施例1至實施例5制備的耐磨超疏水材料表面上滴一滴液滴(蒸餾水），采用接 觸角測量儀測量耐磨超疏水材料表面與液滴的接觸角大小，結果見下表。
[0064]表1液滴對實施例1至實施例5制備的耐磨超疏水材料表面的接觸角
[0066]從表1中可以看出，采用本發明的方法制備的耐磨超疏水材料表面的接觸角可達 154°以上，極大地降低了液滴與基底表面的接觸面積。
[0067]對在實施例1至實施例5制備的耐磨超疏水材料上負載500g砝碼在600目砂紙上摩 擦，摩擦距離結果見下表。
[0068]表2液滴對實施例1至實施例5制備的耐磨超疏水材料表面的摩擦距離
[0070]從表2中可以看出，采用本發明的方法制備的耐磨超疏水材料表面的摩擦距離可 達480cm以上，極大地增強了表面的耐磨性和機械穩定性。
[0071]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據發明技 術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術 方案的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一、將干燥的石英砂粉超聲分散于水和二甲基二乙氧基硅烷的混合溶劑中，得到 混合物料;然后在攪拌條件下將所述混合物料水浴加熱至50°c~60°C后保溫Ih~2h，再將 保溫后的混合物料抽濾后在l〇〇°C~120 °C條件下干燥Ih~2h，得到石英砂顆粒;所述混合 溶劑中水和二甲基二乙氧基硅烷的體積比為(3.5~4): 1; 步驟二、室溫下，將PVC溶解于四氫呋喃中，得到混合溶液； 步驟三、將步驟一中所述石英砂顆粒超聲分散于步驟二中所述混合溶液中，然后在攪 拌條件下將超聲分散后的混合溶液水浴加熱至30 °C~50°C后保溫5h~6h，得到懸濁液;所 述石英砂顆粒的質量為PVC質量的3~5倍； 步驟四、將步驟三中所述懸濁液均勻涂覆于基底上，將涂覆有懸濁液的基底在室溫條 件下干燥IOmin~30min后置于干燥箱中，在100°C~120°C條件下干燥Ih~2h，然后對干燥 后的基底表面進行摩擦，在基底上得到耐磨超疏水材料，所述超疏水是指材料表面與水的 接觸角大于150度。2. 根據權利要求1所述的一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，其特 征在于，步驟一中所述混合溶劑的體積為石英砂粉質量的2~3倍，其中體積的單位為mL，質 量的單位為g。3. 根據權利要求1所述的一種以石英砂和PVC為原料制備耐磨超疏水材料的方法，其特 征在于，步驟二中所述四氫呋喃的體積為PVC質量的10~30倍，其中體積的單位為mL，質量 的單位為g。
【文檔編號】C09K3/18GK105885793SQ201610292514
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】屈孟男, 何金梅, 劉珊珊, 姚亞麗, 馮娟, 侯琳剛, 馬雪瑞
【申請人】西安科技大學