一种疏水材料的制备方法与流程

1.本发明具体涉及一种疏水材料的制备方法。


背景技术：

2.目前部分化学纤维、纸纤维、棉纤维等等材料由于表面具有大量的亲水性基团，其制品往往容易受潮，极大地限定了这些材料的应用。为了使这些容易受潮的材料适用于潮湿的环境，人们对材料的疏水防潮性能提出了要求。针对材料的疏水防潮性能的提升方式一般使用疏水防潮剂对材料表面进行改性，从而赋予材料表面良好的疏水防潮性能。市面上所售的用于材料表面改性的疏水防潮剂多以聚烯烃类高分子聚合物和石蜡配制为主，通过浸润、喷涂等工艺施加到材料的表面。通过使用疏水防潮剂方式处理的材料表面涂层较厚，材料翻折卷曲的过程会使涂层破损且难以复涂而导致效果差；此外，此类的疏水防潮剂用量巨大，对环境不友好且增加生产成本。因此，目前材料的疏水防潮性能的改性工艺无法满足材料对高附着性能、环保的表面防潮处理要求。
3.基于此，本发明提供一种疏水材料的制备方法，能够制备环保、具有高疏水防潮性能的疏水材料，且附着力强。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种疏水材料的制备方法，解决的技术问题是现有的疏水材料需要加入防潮剂的不足。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
7.(a)将醇类溶剂和气相二氧化硅以重量比40：0.1-3混合均匀，得到混合液；
8.(b)将混合液施加到基材表面，干燥，即得到疏水材料。
9.在本发明中，由于所选的气相二氧化硅能够在醇类溶剂中分散均匀，且对基材有良好的附着力，因此可以以较低气相二氧化硅用量实现疏水材料良好的疏水效果。
10.本发明中，所述醇类溶剂为c2-c4的一元醇类溶剂。本发明中选择的醇类溶剂具有低毒性，对环境友好，且对气相二氧化硅具有良好的溶解性。溶剂可以根据基材而选择。
11.优选地，所述醇类溶剂为无水乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
12.一般而言，选择常用规格的疏水型气相二氧化硅即可提高材料的疏水防潮性能，例如选用比表面积100-150m2/g，粒径1.5μm-2.5μm的气相二氧化硅。然而，由于该类的气相二氧化硅的粒径较大，在基材翻折卷曲的过程容易从基材表面脱落而导致效果差。为了确保稳定的疏水效果，需要加入额外的偶联剂以及较大用量的气相二氧化硅，以确保气相二氧化硅不会从基材表面脱落。在本发明中，采用的气相二氧化硅为疏水型，其中气相二氧化硅的比表面积以及粒径对于材料的疏水防潮性能具有影响。本发明可以做以下改进，所述气相二氧化硅的比表面积为195-245m2/g，粒径为6-10nm。该气相二氧化硅能够在醇类溶剂中分散均匀，具有高的疏水防潮性能，且对基材有良好的附着力。
13.优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为200-220m2/g，粒径为6-8nm。
14.优选地，所述气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm。
15.优选地，所述醇类溶剂和气相二氧化硅以重量比40：0.1-0.8混合均匀。
16.本发明可以进一步做以下改进，在步骤(a)中，还包括在混合液中加入聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为2000-3000。
17.聚乙二醇(peg)是一种高分子聚合物，化学式是ho(ch2ch2o)nh，无刺激性，具有良好的水溶性，并与许多有机物组份有良好的相溶性。发明人通过实践发现，加入的聚乙二醇能够修饰在气相二氧化硅的表面，增加了气相二氧化硅在醇类溶剂中的可溶性以及分散性，使得气相二氧化硅能够有效地且稳定地分散在醇类溶剂中，同时使得气相二氧化硅对基材的附着力更强。
18.本发明还可以做以下改进，所述聚乙二醇具有氨基、羧基和巯基中的一种或多种。带氨基、羧基和巯基的功能化聚乙二醇，例如氨基、羧基或巯基封端的聚乙二醇可以进一步增加气相二氧化硅对基材的附着力，这可能是由于氨基、羧基和巯基氢键作用。
19.发明人通过实践进一步发现，聚乙二醇自身具有吸湿性，且这种吸湿效应较为显著，因此聚乙二醇的加入也会导致材料的疏水性能下降。常用规格的疏水型气相二氧化硅，粒径较大(1.5μm-2.5μm)，由于尺寸效应，利用聚乙二醇修饰气相二氧化硅，反而会导致材料的吸水性增加，所以聚乙二醇并不能随意加入，综合考虑聚乙二醇对气相二氧化硅可溶性、分散性、附着力，以及疏水性能的影响，发明人经过大量试验验证，确定了聚乙二醇较佳的添加条件：所述所述聚乙二醇的分子量在2000-3000，所述醇类溶剂与聚乙二醇的重量比为40：0.01-0.1。
20.优选地，所述醇类溶剂与聚乙二醇的重量比为40：0.01-0.1。
21.优选地，所述醇类溶剂与聚乙二醇的重量比为40：0.01-0.05。
22.本发明中，所述基材为无纺布、纺织布、玻璃纤维膜、聚四氟乙烯膜(ptfe膜)、牛皮纸、玻璃纸、植物羊皮纸、瓦楞纸中的一种或多种。基材可以根据实际需求进行选择。
23.本发明可以做以下改进，在步骤(b)中，将所述混合液施加到基材表面之前，对所述基材进行预处理；所述预处理是将氨水施加到基材表面，干燥。发明人通过实践发现，使用氨水对基材进行预处理，能够使基材与后续聚乙二醇修饰的气相二氧化硅的附着力增加，这是由于基材表面所包含的官能团、电性、氢键种类及数目的改变，从而增加对聚乙二醇修饰的气相二氧化硅的吸引。
24.优选地，所述氨水的浓度为10％～30％。
25.一种疏水材料，通过上述的制备方法制得。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明疏水材料的制备方法按一定重量配比用醇类对气相二氧化硅进行分散，然后施加到基材表面制得疏水材料，无需加入防潮剂，制得的疏水材料具有高的疏水防潮性能。
28.(2)本发明疏水材料的制备方法还可以加入聚乙二醇，与醇类和气相二氧化硅共同作用，进一步提高疏水性能，同时提高二氧化硅对基材的附着力。
29.(3)本发明制备方法简单，成本低廉，可以大规模推广。
附图说明
30.图1为未经处理的无纺布测得的接触角；
31.图2为本发明实施例1制得的疏水材料测得的接触角；
32.图3为本发明实施例4制得的疏水材料测得的接触角；
33.图4为本发明实施例6制得的疏水材料测得的接触角；
34.图5为本发明实施例7制得的疏水材料测得的接触角；
35.图6为本发明实施例8制得的疏水材料测得的接触角。
具体实施方式
36.以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
37.实施例1
38.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
39.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.5混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；
40.(b)将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
41.其中，通过接触角仪在同一条件下测试不同材料接触角。
42.未经处理的无纺布接触角如图1所示，由上述的制备方法制得的疏水材料通过接触角仪所测的接触角如图2所示。
43.实施例2
44.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
45.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为245m2/g，粒径为6nm；
46.(b)将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
47.实施例3
48.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
49.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.25混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为195m2/g，粒径为10nm。
50.(b)将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
51.实施例4
52.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
53.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
54.(b)将氨水施加到无纺布表面，干燥；其中所述氨水的浓度为25％；然后，将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。施加混合液或氨水可以利用本领域常规的手段，包括但不限于喷涂、浸润、涂刷。涂层的厚度可以按照根据实际需求施加。
55.由上述的制备方法制得的疏水材料通过接触角仪所测的接触角如图3所示。
56.实施例5
57.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
58.(a)将异丙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.8：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以巯基封端，分子量为3000；
59.(b)将氨水施加到纺织布表面，干燥；其中所述氨水的浓度为30％；然后，将混合液施加到纺织布表面，干燥，即得到疏水材料。
60.实施例6
61.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
62.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为100m2/g，粒径为2μm；peg以氨基封端，分子量为2000；
63.(b)将氨水施加到无纺布表面，干燥；其中所述氨水的浓度为25％；然后，将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
64.由上述的制备方法制得的疏水材料通过接触角仪所测的接触角如图4所示。
65.实施例7
66.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
67.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.3混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
68.(b)将氨水施加到无纺布表面，干燥；其中所述氨水的浓度为25％；然后，将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
69.由上述的制备方法制得的疏水材料通过接触角仪所测的接触角如图5所示。
70.实施例8
71.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
72.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
73.(b)将混合液施加到无纺布表面，干燥，即得到疏水材料。
74.由上述的制备方法制得的疏水材料通过接触角仪所测的接触角如图6所示。
75.实施例9
76.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
77.(a)将丁醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.01混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
78.(b)将氨水施加到瓦楞纸表面，干燥；其中所述氨水的浓度为25％；然后，将混合液施加到瓦楞纸表面，干燥，即得到疏水材料。
79.实施例10
80.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
81.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.5混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；
82.(b)将混合液施加到玻璃纤维膜表面，干燥，即得到疏水材料。
83.实施例11
84.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
85.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；
86.(b)将混合液施加到ptfe膜表面，干燥，即得到疏水材料。
87.实施例12
88.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
89.(a)将无水乙醇和气相二氧化硅以重量比40：0.3混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；
90.(b)将混合液施加到牛皮纸表面，干燥，即得到疏水材料。
91.实施例13
92.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
93.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
94.(b)将氨水施加到玻璃纤维膜表面，干燥；其中所述氨水的浓度为10％；然后，将混合液施加到玻璃纤维膜表面，干燥，即得到疏水材料。
95.实施例14
96.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
97.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基封端，分子量为2000；
98.(b)将氨水施加到ptfe膜表面，干燥；其中所述氨水的浓度为10％；然后，将混合液施加到ptfe膜表面，干燥，即得到疏水材料。
99.实施例15
100.一种疏水材料的制备方法，包括以下步骤：
101.(a)将无水乙醇、气相二氧化硅、peg以重量比40：0.5：0.1混合均匀，得到混合液；其中，气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，粒径为7nm；peg以氨基和羧基封端，分子量为2000；
102.(b)将氨水施加到牛皮纸表面，干燥；其中所述氨水的浓度为10％；然后，将混合液施加到牛皮纸表面，干燥，即得到疏水材料。
103.在本领域中，当接触角﹤90
°
，表明材料部分润湿或润湿；当接触角＝90
°
，是材料润湿与否的分界线；当接触角﹥90
°
，表明材料不润湿。从图1-图6接触角的测试结果表明，通过本发明的方法，使原本容易润湿的基材(接触角约为84.1
°
)具有良好疏水防潮性能(接触角均大于100
°
)。其中，通过加入聚乙二醇，使其与醇类和气相二氧化硅共同作用，使接触角进一步增加，表明了材料的疏水性能进一步提高，这是由于聚乙二醇增加了气相二氧化硅在醇中的可溶性以及分散性，同时增强了气相二氧化硅对基材的附着力，使得气相二氧化硅能够有效地且稳定地分散在醇类溶剂中，并在施加后牢固地附着在基材表面而实现的。此外，经进一步测试，材料经过反复翻折卷曲，其疏水性保持不变。
104.以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。