一种SiO2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法

本发明涉及超疏水复合涂层，尤其涉及一种sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法。

背景技术：

1、自20世纪90年代末以来，受荷叶和昆虫翅膀等自然生物的启发，超疏水表面因其自清洁、耐腐蚀、油水分离、防冰、防雾、减阻、液体定向输运、光催化和增强浮力等特性而受到广泛关注，并在各个领域展示出巨大的应用潜力。通常，超疏水表面上水滴的接触角(ca)大于150°和滚动角(ra)小于10°，这使得水滴可以自由滚动并保持近似球状。而表面粗糙度和低表面能是人工构建超疏水表面的必要因素。适当的表面粗糙度通常由微/纳米结构实现，可以支持液滴达到cassie-baxter状态；而低表面能可以确保表面拥有足够大的接触角，防止液滴因毛细力浸润微/纳米结构。目前对于构建超疏水表面的研究已经相对成熟，但超疏水表面在稳定性和大规模制备方面仍然存在较大挑战。

2、机械稳定性是决定超疏水表面能否走向实际应用的关键特性。通常超疏水表面的微/纳米粗糙结构非常脆弱，极易遭到破坏，导致涂层丧失超疏水效果，从而失去其功能特性。目前已经延伸出了几种利用胶粘物质如环氧树脂、硅树脂和商用胶等提高机械强度的策略。通常超疏水表面提高机械强度的方法大多是在微纳涂层和基板之间涂覆一层胶粘物质，胶粘剂在固化的过程中，微纳米颗粒会部分嵌入。这种方法只能保证与粘接剂接触的一小层涂层颗粒的机械强度，本质上仍无法兼顾机械强度和超疏水性能；还有的方法是在疏水颗粒中间混入一些胶粘物质充当超疏水微纳颗粒之间的结合剂，但采用这种方法时粘合剂用量不能太多，否则会把纳米粒子完全包裹住，使表面丧失粗糙度，疏水性能就会随之减弱，因此往往还未将机械强度显著提升就失去了超疏水性能，仍然无法实现二者的兼顾。

3、因此，探索出一种低成本、易推广、能够兼顾超疏水性能和机械耐久性的超疏水表面制备方法是很有必要的。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法。

2、本发明提供的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法包括以下步骤：

3、s1、利用四乙氧基硅烷作为原料，通过方法，合成二氧化硅纳米颗粒；

4、s2、利用全氟辛基三乙氧基硅烷作为表面修饰剂对二氧化硅纳米颗粒进行表面修饰，得到了超疏水的二氧化硅纳米颗粒；

5、s3、引入硅烷偶联剂和九水合硝酸铝，分别生成si-o-si共价网络和al-o-al共价网络；

6、s4、使用环氧树脂作为粘结层，将涂层粘附在基底上，形成复合涂层，以提高纳米涂层的附着力。

7、经过优选的二氧化硅纳米颗粒的合成步骤包括：

8、将1份四乙氧基硅烷加入5份乙醇中充分混合，形成组分a；

9、将0.36份氨水和0.6份水加入另外5份乙醇中充分混合，形成组分b；

10、在500rpm的磁力搅拌下，将组分a滴加到组分b中，制备出亲水性的sio2纳米颗粒。

11、优选的，所述表面修饰步骤包括：

12、在亲水性sio2溶胶中加入0.1份的全氟辛基三乙氧基硅烷，并加入0.4份的乙烯基三乙氧基硅烷以及九水合硝酸铝；

13、在45℃下超声处理1小时，得到一体化超疏水涂料。

14、优选的，所述步骤s4中，复合涂层的制备步骤包括：

15、将环氧树脂和固化剂聚酰胺树脂按质量比1:1混合，溶解在乙醇中混合均匀，形成环氧树脂浓度为0.1g/ml的溶液；

16、将混合溶液喷涂在预处理过的基底上，喷涂距离为20cm；

17、使用喷枪将制备好的超疏水涂料喷涂在室温下初固3h后的环氧树脂涂层上，喷涂距离同样为20cm；

18、将喷涂后的样品在150℃烘箱中10h，使溶剂乙醇完全挥发并固化，得到双共价网络的超疏水表面，标记为f-sio2/vtes/alox/ep涂层。

19、优选的，所述基底采用玻璃载玻片，也可采用硅片、1060纯铝片、6061铝合金片、铜片和陶瓷片，金属基底依次用600目和2000目sic砂纸沿表面纹理方向抛光，然后用乙醇进行超声波清洗，在60℃烘箱中烘干；非金属基底只需用同样的方法进行清洗。

20、与相关技术相比较，本发明提供的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法具有如下有益效果：

21、制备的涂层具有优异的超疏水性，接触角大于162°，滚动角约为6°；

22、涂层展现出良好的机械稳定性，能在541pa压力下持续磨损超过5600cm；

23、涂层具有优异的化学稳定性，能在酸性或碱性溶液中浸泡数小时后仍保持超疏水性；

24、涂层具有良好的热稳定性，能在高达300℃的温度下保持超疏水性；

25、涂层的制备方法简便，适合大规模工业制造。

技术特征：

1.一种sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒的合成步骤包括：

3.根据权利要求1所述的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法，其特征在于，所述表面修饰步骤包括：

4.根据权利要求1所述的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，复合涂层的制备步骤包括：

5.根据权利要求1所述的sio2基双共价网络超疏水复合涂层制备方法，其特征在于，所述基底采用玻璃载玻片，也可采用硅片、1060纯铝片、6061铝合金片、铜片和陶瓷片，金属基底依次用600目和2000目sic砂纸沿表面纹理方向抛光，然后用乙醇进行超声波清洗，在60℃烘箱中烘干；非金属基底只需用同样的方法进行清洗。

技术总结
本发明涉及超疏水复合涂层技术领域，公开了一种SiO<subgt;2</subgt;基双共价网络超疏水复合涂层制备方法。本方法使用四乙氧基硅烷合成二氧化硅纳米颗粒，来构建表面粗糙度，利用全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)的氟碳长链对其进行低表面能修饰。引入硅烷偶联剂和硝酸铝，分别生成作为分子桥的Si‑O‑Si共价网络和作为骨架的Al‑O‑Al共价网络。采用环氧树脂(EP)作为粘结层，将涂层粘附在基底上。通过本方法制备的SiO<subgt;2</subgt;基双共价网络超疏水复合涂层具有优异的超疏水性、机械稳定性、化学稳定性和热稳定性，为超疏水材料的工业应用提供了一种简便的制造策略。

技术研发人员：高慧,郑嘉翔,郭琦
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10