本發(fā)明屬于有機/無機復合超疏水材料技術領域,特別涉及一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料及其制備方法。
背景技術:
由于有機/無機復合材料兼具有有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的綜合優(yōu)點,具有優(yōu)異的力學、熱學、電學和光學性能,因而它們在很多領域都受到廣泛關注。將一個尺寸在微米至納米級的球形顆粒表面包覆數(shù)層均勻納米薄膜,制備出核殼式有機/無機復合材料,從而使高分子材料的復合從簡單的有機-無機共混發(fā)展到亞微觀的有機復合,這種嶄新的“復合技術”已引起人們的廣泛關注。通常意義上的核殼材料不僅包括由相同或不同的物質(zhì)組成的核殼材料,其中還包括空球和微膠囊等復合材料。有機/無機復合粒子同時具備無機材料和有機材料的優(yōu)點,這類材料不僅可以保持有機高分子的成膜性、透明性和柔軟性等優(yōu)良的特點,而且還具有無機材料的不燃性、耐擦傷性、耐溶劑性、高硬度等優(yōu)良特點。核殼式無機/有機復合粒子作為抗沖擊改性劑、增韌劑、涂料、粘合劑、高分子催化劑、色譜填充劑、光敏劑、磁性材料、光催化降解有機物等,廣泛應用于生物、醫(yī)學、化工、電子、軍事等領域。最近幾年,設計、合成單分散、粒徑可控的核殼型納米復合粒子成為了眾多雜化材料和納米材料等相關領域研究的重點。
在工業(yè)、環(huán)境、生物等材料應用中,固體表面的潤濕性是材料重要的性能,表觀接觸角大于150o的表面即超疏水表面受到廣泛關注。有機/無機復合材料由于其優(yōu)良的性能,在超疏水表面領域受到廣泛應用。目前,國內(nèi)外對于超疏水材料的制備方法已經(jīng)有了很多報道,主要有以下幾個方面:(1)Hou等人將親水性二氧化鈦加入到苯乙烯中,再將分散液滴加到玻璃表面。實驗表明,隨著烘干溫度的增加,聚苯乙烯/二氧化鈦復合材料的表觀接觸角也增大,通過控制干燥溫度,這種涂料的潤濕性能可以從超疏水向超親水轉(zhuǎn)變。(2)Yang等人通過活性自由基聚合制備聚苯乙烯功能化的碳納米管,碳納米管/聚苯乙烯復合膜是通過噴霧表面鑄造法得到的。實驗表面這種膜的表觀接觸角為160o,滾動角小于3o。(3)Yang等人采用溶膠凝膠法,用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷修飾正硅酸乙酯,制備了接枝了乙烯基的二氧化硅微球,之后通過原位聚合方法,在其表面引發(fā)苯乙烯聚合,從而得到了穩(wěn)定的具有超疏水性能的聚苯乙烯膜,其為表觀接觸角達163 o的超疏水表面。(4)Amigoni實驗組采用層層自組裝制備技術,通過采用分別由氨基和環(huán)氧基修飾的二氧化硅顆粒為原料,得到了具有超疏水性能的有機-無機納米復合材料,實驗結果表明材料的表觀接觸角達150±3o,且性能穩(wěn)定。
一般來說,低表面能并且具有微米或納米結構的粗糙表面是制備得到超疏水材料的關鍵。通常具有低表面能用來制造超疏水表面的物質(zhì)主要有碳氟化合物、硅酮、有機材料(聚乙烯、聚苯乙烯等)、以及無機材料(氧化鋅、二氧化鈦等)。制備超疏水材料的方法有很多,包括如下:層層膠質(zhì)自組裝、激光/等離子體/化學刻蝕法、溶膠-凝膠法等。然而,很多情況下所報道的這些方法要么采用昂貴的物質(zhì)為原料,如碳納米管,半氟或全氟物質(zhì);要么是需要很多繁瑣的步驟,因此阻礙了超疏水表面的大規(guī)模應用。
有鑒于此,有必要提供一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料及其制備方法,其使用的材料便宜易得,從而使得整個反應過程成本低;整個反應過程只有兩步,操作簡單,使得其在工業(yè)應用方面成為可能;制備得到的復合材料具有很好的化學穩(wěn)定性、光學穩(wěn)定性和超疏水性。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的之一在于:針對現(xiàn)有技術的不足,而提供一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,其使用的材料便宜易得,從而使得整個反應過程成本低;該復合材料具有很好的化學穩(wěn)定性、光學穩(wěn)定性和疏水性。
為了達到上述目的,本發(fā)明采用如下技術方案:
一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 10%~50%;
苯乙烯 5%~25%;
引發(fā)劑 0.5%~3.5%;
酰胺類溶劑 25%~70%;
改性劑 5%~15%;
所述二氧化鈦前驅(qū)體為四氯化鈦或鈦酸四丁酯,所述改性劑為γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷或含環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的一種改進,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 25%~40%;
苯乙烯 10%~20%;
引發(fā)劑 1.5%~2.5%;
酰胺類溶劑 30%~55%;
改性劑 7.5%~10%。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的一種改進,所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和偶氮二異丁酸二甲酯中的至少一種。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的一種改進,所述酰胺類溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基丙烯酰胺和N-甲基乙酰胺中的至少一種;所述苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的一種改進,所述原料還包括水和鹽酸,所述二氧化鈦前驅(qū)體、所述去離子水和所述鹽酸的質(zhì)量比為1:(0.1-0.3):(0.01-0.1)。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的一種改進,所述含環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和/或β-(3,4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷。
相對于現(xiàn)有技術,本發(fā)明使用的材料便宜易得,從而使得整個反應過程成本低;本發(fā)明還具有單分散、粒徑可控、表觀接觸角大的優(yōu)點,該復合材料具有很好的化學穩(wěn)定性、光學穩(wěn)定性和疏水性,采用本發(fā)明制備的超疏水涂層可用于建筑物外墻涂料、工業(yè)涂料、船體防磨等領域。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種本發(fā)明所述的二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將二氧化鈦前驅(qū)體和改性劑加入到酰胺類溶劑中,酰胺類溶劑的用量為其總用量的30%-50%,室溫攪拌反應2-10小時,然后加入去離子水和鹽酸,其中,二氧化鈦前驅(qū)體、去離子水和鹽酸的質(zhì)量比為1:(0.1-0.3):(0.01-0.1),加熱到50-110℃并在該溫度下攪拌3h-7h,用溶劑洗滌,干燥,得到改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的酰胺類溶劑中,超聲10min-60min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌10min-60min,之后將溫度升至35-60℃,通入N2,滴加引發(fā)劑,滴加完畢后繼續(xù)攪拌0.5-3 h,然后升溫至65-85℃,在N2氛圍中反應2-7h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、干燥得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
本發(fā)明首先采用改性劑對二氧化鈦進行改性,使得它與苯乙烯具有更好的相容性,從而使得反應更加容易進行。本發(fā)明采用原位聚合的方法制備得到了具有超疏水性能的粘附型二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼復合微粒,可用于無損微流體傳輸、微型反應器、生物化學分離以及原位檢測等;采用二氧化鈦和聚苯乙烯為原料,材料便宜易得,使得整個反應過程成本低;制備得到的復合材料具有很好的化學穩(wěn)定性和光學穩(wěn)定性。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的制備方法的一種改進,步驟(1)所述溶劑為甲醇、乙醇和乙二醇中的至少一種。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的制備方法的一種改進,采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比(25-40):(50-70)的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為80-100℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
作為本發(fā)明二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料的制備方法的一種改進,步驟a中所述醇類溶劑為甲醇、乙醇、苯甲醇和乙二醇中的至少一種;步驟b中所述基材為銅箔、陶瓷、玻璃、硅片或鋁箔。
相對于現(xiàn)有技術,本發(fā)明制作過程簡單,重復性好,并且能夠很好的把有機材料和無機材料結合起來,使得所制備的材料同時具備了兩方面特性的。本發(fā)明的優(yōu)點在于材料便宜易得,使得整個反應過程成本低;整個反應過程只有兩步,操作簡單,易于控制,可操作性強,使得其在工業(yè)應用方面成為可能;采用該方法制備得到的復合材料具有很好的化學穩(wěn)定性和光學穩(wěn)定性。采用本發(fā)明制備的涂層具有一定的機械強度并能與基底材料結合良好。采用本發(fā)明制備的涂層具有很好的自清潔性能,水珠在上面能自由滾動并帶走表面的灰塵。采用本發(fā)明制備的涂層具有很好的粘附性能,即使將涂有涂層的基板倒立,水珠仍然可以很好的粘附在涂層表面。采用本發(fā)明制備的涂層由于二氧化鈦的存在具有一定的光催化性,可以降解有害氣體,凈化空氣。采用本發(fā)明制備的超疏水涂層可用于建筑物外墻涂料、工業(yè)涂料、船體防磨等領域。
具體實施方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容作出進一步詳細說明,但不應將此理解為本發(fā)明的內(nèi)容僅限于下述實施例。
實施例1
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 23%;
苯乙烯 15%;
引發(fā)劑 2%;
酰胺類溶劑 44.94%;
改性劑 10%;
水 4.6;
鹽酸 0.46;
二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸四丁酯,改性劑為γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異丁腈,酰胺類溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺;苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將鈦酸四丁酯和改性劑γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N,N’-二甲基甲酰胺中,N,N’-二甲基甲酰胺的用量為其總用量的40%,室溫攪拌反應6h,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到70℃并在該溫度下攪拌5h,得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷-二氧化鈦凝膠液體,用乙醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的N,N’-二甲基甲酰胺中,放入超聲儀內(nèi)超聲30min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌30min,之后將溫度升至45℃,通入N2,滴加引發(fā)劑,滴加完畢后繼續(xù)攪拌2 h,然后升溫至75℃,在N2氛圍中反應5h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比30:70的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的銅箔(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將銅箔放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為80℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
實施例2
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 30%;
苯乙烯 20%;
引發(fā)劑 3%;
酰胺類溶劑 35.05%;
改性劑 7%;
水 4.5;
鹽酸 0.45;
所述二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸四丁酯,所述改性劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異庚腈,酰胺類溶劑為N,N’-二甲基丙烯酰胺,苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將鈦酸四丁酯和γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N,N’-二甲基丙烯酰胺中,N,N’-二甲基丙烯酰胺的用量為其總用量的35%,室溫攪拌反應8h,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到80℃并在該溫度下攪拌4h,制備得到γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷-二氧化鈦凝膠液體,用甲醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的N,N’-二甲基丙烯酰胺中,放入超聲儀內(nèi)超聲40min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌40min,之后在油浴鍋中將溫度升至55℃,通入N2,滴加偶氮二異庚腈,滴加完畢后繼續(xù)攪拌1 h,然后升溫至70℃,在N2氛圍中反應5h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比35:65的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的銅箔(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將銅箔放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為85℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
實施例3
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 40%;
苯乙烯 12%;
引發(fā)劑 1.5%;
酰胺類溶劑 27.9%;
改性劑 12%;
水 6;
鹽酸 0.6;
所述二氧化鈦前驅(qū)體為四氯化鈦,所述改性劑為β-(3,4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異丁酸二甲酯,酰胺類溶劑為N-甲基乙酰胺,苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將四氯化鈦和β-(3,4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N-甲基乙酰胺中,N-甲基乙酰胺的用量為其總用量的45%,室溫攪拌反應3小時,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到75℃并在該溫度下攪拌6h,用乙二醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到β-(3,4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的β-(3,4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的N-甲基乙酰胺溶劑中,超聲50min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌50min,之后在油浴鍋中將溫度升至40℃,通入N2,滴加偶氮二異丁酸二甲酯,滴加完畢后繼續(xù)攪拌1.5h,然后升溫至85℃,在N2氛圍中反應6h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比38:62的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的鋁箔(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將鋁箔放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為85℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
實施例4
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 25%;
苯乙烯 18%;
引發(fā)劑 1%;
酰胺類溶劑 43.125%;
改性劑 6%;
水 6.25;
鹽酸 0.625;
二氧化鈦前驅(qū)體為四氯化鈦,改性劑為γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異丁腈,酰胺類溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺;苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將四氯化鈦和γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N,N’-二甲基甲酰胺中,N,N’-二甲基甲酰胺的用量為其總用量的32%,室溫攪拌反應8小時,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到100℃并在該溫度下攪拌3.5h,制備得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷-二氧化鈦凝膠液體,用乙醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷的改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的N,N’-二甲基甲酰胺中,于超聲儀中超聲20min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌25min,之后將溫度升至60℃,通入N2,滴加偶氮二異丁腈,滴加完畢后繼續(xù)攪拌2.5h,然后升溫至85℃,在N2氛圍中反應2h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比36:64的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的陶瓷(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將陶瓷放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為100℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
實施例5
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 24%;
苯乙烯 22%;
引發(fā)劑 3.5%;
酰胺類溶劑 41.9%;
改性劑 5%;
水 2.4;
鹽酸 1.2;
二氧化鈦前驅(qū)體為四氯化鈦,改性劑為γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異丁腈,酰胺類溶劑為N,N’-二甲基丙烯酰胺;苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
改性二氧化鈦溶膠的制備:
(1)將四氯化鈦和γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N,N’-二甲基丙烯酰胺中,N,N’-二甲基丙烯酰胺的用量為其總用量的48%,室溫攪拌反應9小時,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到90℃并在該溫度下攪拌5.5h,用乙醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的,N,N’-二甲基丙烯酰胺中,放入超聲儀內(nèi)超聲35min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌15min,之后在油浴鍋中將溫度升至55℃,通入N2,滴加偶氮二異丁腈,滴加完畢后繼續(xù)攪拌2.5 h,然后升溫至85℃,在N2氛圍中反應6h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比31:69的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的玻璃(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將玻璃放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為95℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
實施例6
本實施例提供了一種二氧化鈦/聚苯乙烯核/殼微粒復合材料,所述復合材料包括核層和殼層,所述核層為二氧化鈦,所述殼層為聚苯乙烯,按重量百分比計,制成所述復合材料的原料至少包括:
二氧化鈦前驅(qū)體 40%;
苯乙烯 6%;
引發(fā)劑 0.5%;
酰胺類溶劑 27.5%;
改性劑 15%;
水 10;
鹽酸 1;
二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸四丁酯,改性劑為γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷,引發(fā)劑為偶氮二異丁腈,酰胺類溶劑為N,N’-二甲基甲酰胺;苯乙烯為采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯。
該復合材料的制備方法包括以下步驟:
(1)改性二氧化鈦溶膠的制備:
將鈦酸四丁酯和γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷加入到盛于三口燒瓶中的N,N’-二甲基甲酰胺中,N,N’-二甲基甲酰胺的用量為其總用量的32%,室溫攪拌反應7.5小時,然后加入去離子水和鹽酸,在油浴鍋中加熱到105℃并在該溫度下攪拌3h,制備得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷-二氧化鈦凝膠液體,用乙醇洗滌三次,并離心分離,除去未反應的單體和水。放入干燥箱內(nèi)110 ℃真空干燥24 h,得到γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠;
(2)聚苯乙烯包覆的二氧化鈦微球的制備:
將步驟(1)得到的γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基丙基硅烷改性的二氧化鈦溶膠溶于剩余的N,N’-二甲基甲酰胺中,放入超聲儀中超聲50min,超聲完畢后加入采用減壓蒸餾的方法除去水和阻聚劑的苯乙烯,常溫攪拌15min,之后在油鍋中將溫度升至55℃,通入N2,滴加偶氮二異丁腈,滴加完畢后繼續(xù)攪拌3h,然后升溫至85℃,在N2氛圍中反應2h,分離得到的懸濁液,再經(jīng)洗滌、在110 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥10 h干燥得到二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料。
采用步驟(2)制備得到的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料制備超疏水涂層時,其方法包括以下步驟:
a.將步驟(2)制備的二氧化鈦/聚苯乙烯微球復合材料與醇類溶劑以質(zhì)量比(25-40):(50-70)的比例在室溫攪拌反應,得到二氧化鈦/聚苯乙烯分散液;
b.在基材上涂膜:將準備好的硅片(20 mm×10 mm×0.1 mm)用粗細不同的兩種砂紙拋光打磨。然后將硅片放入蒸餾水中洗凈,再分別在丙酮和無水乙醇溶液中超聲5 min。將步驟a得到的二氧化鈦/聚苯乙烯分散液均勻涂抹于基材表面,將其放入溫度為80℃的真空干燥箱中固化交聯(lián),取出后即得到二氧化鈦/聚苯乙烯超疏水涂層。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導,本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此,本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式,對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內(nèi)。此外,盡管本說明書中使用了一些特定的術語,但這些術語只是為了方便說明,并不對本發(fā)明構成任何限制。