一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超疏水膜的制備，具體是一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著對(duì)浸潤(rùn)性的廣泛研宄，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到超疏水膜在自清潔、微流體系及特殊分離等方面有著巨大的潛在應(yīng)用，因此超疏水膜的制備也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由經(jīng)典的楊氏方程可知，表面能直接決定表面的浸潤(rùn)性，若要提高疏水性，必須盡可能降低表面物質(zhì)的表面能。雖然低表面能物質(zhì)能增強(qiáng)膜表面的疏水性，但仍然不能超過120°，另一方面表面粗糙結(jié)構(gòu)與膜的疏水性大小也有著密切的關(guān)系。因此，降低材料的表面能和增加材料的表面粗糙度，都可以提高材料表面超疏水性。超疏水膜不僅具有防水，防塵，防腐蝕，防霉等功能，還具有自清潔功能，在防水材料，建筑物表面以及汽車的擋風(fēng)玻璃等方面有著重要的用處和廣闊的前景。
[0003]通常超疏水表面的制備需要通過表面修飾氟碳化合物或長(zhǎng)鏈烷基來降低表面自由能(以低表面能含氟材料制備出高疏水性表面，這種表面隨著含氟集團(tuán)的富集、含氟鏈段的增長(zhǎng)、枝鏈的增多，表面浸潤(rùn)性都將降低，即接觸角增大；同時(shí)由于表面粘附性的降低，滾動(dòng)角也在迅速降低)。同時(shí)由于光滑表面的接觸角較小，因此還需要構(gòu)筑適宜的微細(xì)結(jié)構(gòu)來調(diào)適表面浸濕性。目前構(gòu)造粗糙表面的方法有:等離子刻蝕、化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)沉積、金屬陽(yáng)極氧化等。但這些方法大多制作成本高、過程復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)條件苛刻、難以進(jìn)行大范圍制造從而限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問題，提供一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，該方法采用納米金屬氧化物材料，由于納米尺度的粗糙程度足可以達(dá)到超疏水對(duì)表面形貌的要求，通過選擇合適的鈦源以及控制反應(yīng)條件，可以制備出結(jié)晶度良好、粒徑分布均勻的銳鈦型納米二氧化鈦顆粒，增加了表面粗糙度，再通過低表面自由能硬脂酸的修飾，便可得到效果很好的超疏水材料。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，步驟如下:
[0007]1、疏水型納米二氧化鈦的制備:采用水熱法制備納米二氧化鈦，以水解反應(yīng)為基礎(chǔ)，選用在自然條件下發(fā)生水解反應(yīng)的四正丙醇鈦?zhàn)鳛殁佋?，通過控制反應(yīng)條件制得晶型較好的納米二氧化鈦用于制備復(fù)合材料，步驟如下:
[0008]I)將超純水和叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，制得水相；將環(huán)己烷、油酸和四正丙醇鈦混合均勻，制得油相；將油相導(dǎo)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，與水相混合，制得混合液；
[0009]2)將裝有混合液的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝入與之相對(duì)應(yīng)的不銹鋼高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封并放入數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在180°C溫度下持續(xù)反應(yīng)4h，然后取出反應(yīng)釜并在自然條件下冷卻至室溫；
[0010]3)將聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯中的上層油性液體取出，然后注入干燥清潔的離心管內(nèi)，向離心管內(nèi)注入甲醇，甲醇與油性液體的體積比為1:1;
[0011]4)將離心管置于離心機(jī)中，在6000r/min的條件下離心4min，取出離心管中下層物質(zhì)，得到疏水型納米二氧化鈦；
[0012]2、二氧化鈦涂料的制備
[0013]將硬脂酸溶解于分析純乙醇中，超聲震蕩20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液，將制備的疏水型納米二氧化鈦溶解于硬脂酸乙醇溶液中，進(jìn)行細(xì)胞粉碎30-60min，得到氧化銅涂料；
[0014]3、納米二氧化鈦超疏水膜的制備
[0015]將上述二氧化鈦涂料放入噴槍內(nèi)，均勻噴在載玻片上，置于真空干燥箱內(nèi)60_90°C烘干0.5-lh，在載玻片上制得納米二氧化鈦超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
[0016]所述超純水與叔丁胺的體積比為10:0.1ml ;環(huán)己烷、油酸和四正丙醇鈦的體積比為4:1:0.07 ;混合液中叔丁胺與四正丙醇鈦的體積比為0.2:0.35ml。
[0017]所述疏水型納米二氧化鈦、硬脂酸與乙醇溶液的用量比為:0.16g:0.3g:20mlο
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:該方法通過水解法制備出晶型較好的納米二氧化鈦，其中銳鈦型晶體的形貌用于制備超疏水薄膜，然后通過低表面能物質(zhì)硬脂酸修飾后形成的超疏水薄膜，制備成本低、簡(jiǎn)單快捷；制備的超疏水膜的接觸角為疏水型納米二氧化鈦的水接觸角為95.3°、滾動(dòng)角為0-4°，納米二氧化鈦的粒徑約為7nm，顆粒分散性好，穩(wěn)定性較好，可以在空氣中放一段時(shí)間，效果仍然不錯(cuò)，抗酸堿性較好，可用于防水、防凍及抗金屬腐蝕。
【附圖說明】
[0019]圖1為制得的疏水型納米二氧化鈦的X射線粉末衍射圖譜。
[0020]圖2為制得的疏水型納米二氧化鈦的掃描電鏡的照片。
[0021]圖3(a)為將10微升的水滴在制得的材料上的接觸角照片；(b)為同樣體積的水滴普通玻璃上的接觸角照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。應(yīng)該理解，下面的實(shí)施例只是作為具體說明，而不限制本發(fā)明的范圍，同時(shí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所做的顯而易見的改變和修飾也包含在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0023]實(shí)施例:
[0024]一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，步驟如下:
[0025]1、疏水型納米二氧化鈦的制備:采用水熱法制備納米二氧化鈦，以水解反應(yīng)為基礎(chǔ)，選用在自然條件下發(fā)生水解反應(yīng)的四正丙醇鈦?zhàn)鳛殁佋?，通過控制反應(yīng)條件制得晶型較好的納米二氧化鈦用于制備復(fù)合材料，步驟如下:
[0026]I)將20mL超純水和0.2mL叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，制得水相；將20mL、5m油酸和0.35mL四正丙醇鈦混合均勻，制得油相；將油相導(dǎo)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，與水相混合，制得混合液；
[0027]2)將裝有混合液的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝入與之相對(duì)應(yīng)的不銹鋼高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封并放入數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在180°C溫度下持續(xù)反應(yīng)4h，然后取出反應(yīng)釜并在自然條件下冷卻至室溫；
[0028]3)將聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯中的上層油性液體取出，然后注入干燥清潔的離心管內(nèi)，向離心管內(nèi)注入甲醇，甲醇與油性液體的體積比為1:1;
[0029]4)將離心管置于離心機(jī)中，在6000r/min的條件下離心4min，取出離心管中下層物質(zhì)，得到疏水型納米二氧化鈦；
[0030]圖1為制得的疏水型納米二氧化鈦的X射線粉末衍射圖譜，圖中表明:產(chǎn)物主要成分為二氧化鈦，其主要晶向?yàn)?02和111。
[0031]圖2為制得的疏水型納米二氧化鈦的掃描電鏡的照片，圖中表明:納米二氧化鈦確實(shí)為所述的銳鈦型晶體形貌，納米片平均尺寸為700nm，厚度約為60nm。
[0032]2、二氧化鈦涂料的制備
[0033]將0.3g硬脂酸溶解于20mL的分析純乙醇中，超聲震蕩20min，得到硬脂酸乙醇溶液，將制備的0.16g疏水型納米二氧化鈦溶解于硬脂酸乙醇溶液中，進(jìn)行細(xì)胞粉碎30min，得到氧化銅涂料；
[0034]3、納米二氧化鈦超疏水膜的制備
[0035]將上述二氧化鈦涂料放入噴槍內(nèi)，均勻噴在載玻片上，置于真空干燥箱內(nèi)60°C烘干0.5h，在載玻片上制得納米二氧化鈦超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
[0036]圖3(a)為將10微升的水滴在制得的材料上的接觸角照片；(b)為同樣體積的水滴普通玻璃上的照片，可以看出涂有該材料具有顯著的疏水效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)疏水型納米二氧化鈦的制備:采用水熱法制備納米二氧化鈦，以水解反應(yīng)為基礎(chǔ)，選用在自然條件下發(fā)生水解反應(yīng)的四正丙醇鈦?zhàn)鳛殁佋?，通過控制反應(yīng)條件制得晶型較好的納米二氧化鈦用于制備復(fù)合材料，步驟如下: 1)將超純水和叔丁胺先后注入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，制得水相；將環(huán)己烷、油酸和四正丙醇鈦混合均勻，制得油相；將油相導(dǎo)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯里，與水相混合，制得混合液； 2)將裝有混合液的聚四氟乙烯內(nèi)襯裝入與之相對(duì)應(yīng)的不銹鋼高壓反應(yīng)釜內(nèi)，密封并放入數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，在180°C溫度下持續(xù)反應(yīng)4h，然后取出反應(yīng)釜并在自然條件下冷卻至室溫； 3)將聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯中的上層油性液體取出，然后注入干燥清潔的離心管內(nèi)，向離心管內(nèi)注入甲醇，甲醇與油性液體的體積比為1:1 ; 4)將離心管置于離心機(jī)中，在6000r/min的條件下離心4min，取出離心管中下層物質(zhì)，得到疏水型納米二氧化鈦； (2)二氧化鈦涂料的制備 將硬脂酸溶解于分析純乙醇中，超聲震蕩20-30min，得到硬脂酸乙醇溶液，將制備的疏水型納米二氧化鈦溶解于硬脂酸乙醇溶液中，進(jìn)行細(xì)胞粉碎30-60min，得到氧化銅涂料； (3)納米二氧化鈦超疏水膜的制備 將上述二氧化鈦涂料放入噴槍內(nèi)，均勻噴在載玻片上，置于真空干燥箱內(nèi)60-90°C烘干0.5-lh，在載玻片上制得納米二氧化鈦超疏水薄膜并放入密封袋中密封保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，其特征在于:所述超純水與叔丁胺的體積比為10:0.1ml ;環(huán)己烷、油酸和四正丙醇鈦的體積比為4:1:0.07 ;混合液中叔丁胺與四正丙醇鈦的體積比為0.2:0.35ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，其特征在于:所述疏水型納米二氧化鈦、硬脂酸與乙醇溶液的用量比為:0.16g:0.3g:20mlο
【專利摘要】一種納米二氧化鈦超疏水膜的制備方法，采用水熱法制備納米二氧化鈦，以水解反應(yīng)為基礎(chǔ)，選用在自然條件下發(fā)生水解反應(yīng)的四正丙醇鈦?zhàn)鳛殁佋?，通過控制反應(yīng)條件制得晶型較好的納米二氧化鈦用于制備復(fù)合材料，其中銳鈦型晶體的形貌用于制備超疏水薄膜，然后通過低表面能物質(zhì)硬脂酸修飾后形成的超疏水薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：該方法制備成本低、簡(jiǎn)單快捷；制備的超疏水膜的接觸角為疏水型納米二氧化鈦的水接觸角為95.3°、滾動(dòng)角為0‐4°，納米二氧化鈦的粒徑約為7nm，顆粒分散性好，穩(wěn)定性較好，可以在空氣中放一段時(shí)間，效果仍然不錯(cuò)，抗酸堿性較好，可用于防水、防凍及抗金屬腐蝕。
【IPC分類】C03C17-23
【公開號(hào)】CN104817279
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185896
【發(fā)明人】魏臻, 周余飛, 時(shí)曠怡, 張志梅, 劉學(xué)文
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日