專利名稱：一種層狀雙金屬氫氧化物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機非金屬材料制備技術領域，涉及一種基于雙金屬氫氧化物納米片與水溶性長鏈脂肪酸鹽自組裝成具有疏水性能的氫氧化物及其制備方法，特別是一種層狀雙金屬氫氧化物及其制備方法。
背景技術：
層狀雙金屬氫氧化物(又稱類水滑石，簡稱LDHs)是一類陰離子型層狀結構功能材料，其化學組成通式為[M2YxM'(OH)2Γ(An_)x/n · yH20，其中M2+、M3+分別是位于層板上的二價、三價金屬離子，An-代表層間陰離子，這類材料由于其獨特的晶體結構和物化特性使其在離子交換、吸附、催化、光學材料、電學材料等許多領域展現(xiàn)出極為廣闊的應用前景。近幾年來，疏水表面引起了人們的普遍關注，但是，現(xiàn)有的防水涂料有的還對人體和環(huán)境有較大的危害，例如溶劑型防水涂料與聚氨酯防水涂料等，于是研究人員就積極尋找環(huán)境友好型的 無機水性涂料，專利號為CN10104194A專利中，申請人采用原位合成技術，在表面經(jīng)陽極氧化后的鋁片上合成的層狀雙金屬氫氧化物薄膜具有納米/微米復合結構，在長鏈脂肪酸鹽表面活性劑溶液中進行表面疏水處理后，具有優(yōu)越的疏水性能，但其制備工藝復雜，重復性差，不宜大量生產(chǎn)。因此，尋求設計一種制備方法簡單、重復性好、易于生產(chǎn)的具有疏水性能的類水滑石雜化物很有應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求設計提供一種具有疏水性能的層狀雙金屬氫氧化物雜化物及其制備方法，利用微通道反應器制備出層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)納米片，然后將其用長鏈脂肪酸鹽進行表面疏水處理制得層狀雙金屬氫氧化物雜化物，將其涂覆在基底表面上干燥后制得疏水表面。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明先采用微通道反應器制備層狀雙金屬氫氧化物(LDHs )納米片，再利用水溶性長鏈脂肪酸鹽對其進行表面處理后得到水性涂料，然后將水性涂料涂覆在基底表面上得到超疏水涂層；具體工藝步驟為(I)、將可溶性二價無機鹽M2+Y和三價無機鹽M3+Y溶解于去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. 01-lmol/l的混合鹽溶液；其中，可溶性二價無機鹽M2+Y中的M2+為Mg2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+或Zn2+中的任何一種；三家無機鹽M3+Y中的M3+為Al3+或Fe3+ 'Y為CO32^NO3'SO42' Cl' F_或Br_中的任意一種；(2)、采用常規(guī)技術配制堿溶液，配制的堿溶液為3%_7%的稀氨水或O. 1-0. 5mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使鹽溶液和堿溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物，反應溫度為25-80° C ;微通道反應器為T形或Y形；微通道反應器中的微通道寬度為O. 2-lmm，深度為O. 2_lmm，長度為5_50mm ；(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后于O. 001-0. 5mol/l的水溶性長鏈脂肪酸鹽表面活性劑溶液中，在25-80° C溫度下反應O. 1-24小時后得到水性涂料；其中，水溶性長鏈脂肪酸鹽的化學式為ClriH2lriCOCTM+,n=ll-22, M+代表一價金屬離子K+、Na+ ；(5)、將厚度為O. 1-0. 2mm玻璃片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除
去表面油污，再用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料采用旋涂法涂覆在基底表面上，旋涂法的轉(zhuǎn)速為500-5000轉(zhuǎn)/min,室溫干燥后得到超疏水涂層，即為層狀雙金屬氫氧化物。 本發(fā)明方法制備的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs )涂覆在基底表面后形成納米結構，表面為凹凸起伏的超疏水結構，其與水滴的接觸角在107-139° ;其中的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)的化學通式是[M2YxM'(OH)2]x+(An_)x/n · yH20，其中M2+為二價金屬離子Mg2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+ 或 Zn2+ 中的任何一種；M3+ 為 Al3+ 或 Fe3+ ；An_ 為 NCVUr'Cl'CO/-或 SO,中的任何一種;0· 17彡X彡O. 35 ;0彡y彡2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，得到的水性涂料涂覆在基底上干燥后得到的表面粗糙度較高，具有非常優(yōu)越的疏水性能，所使用的表面活性劑不含氟，對人體無任何毒害且對環(huán)境無污染，其制備工藝簡單，重復性好，成本低，生產(chǎn)環(huán)境友好，具有廣闊的市場前景。


圖I為本發(fā)明涉及的超疏水涂層的SEM照片的俯視圖。圖2為本發(fā)明涉及的超疏水涂層的SEM照片的側視圖。圖3為本發(fā)明制備的超疏水涂層表面的光學照片。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例I :本實施例的具體工藝步驟為(I)、將Ni (NO3)2和Al (NO3)3溶解于50ml去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. lmol/1的混合鹽溶液；(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 2mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為30° C ；(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的月桂酸鉀溶液中；在30° C下反應2小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm的玻璃片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，然后用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在玻璃片基底上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例采用日本JEOL JSM-6700F場發(fā)射掃描電鏡(SEM)觀察超疏水表面形貌，圖I是實施例I得到的水性涂料涂覆在玻璃片上干燥后得到的超疏水涂層的SEM的俯視圖，得到的超疏水涂層的表面具有較高的粗糙度；圖2為該涂層的側面SEM照片，涂層與基底緊密結合，厚度約為5 μ m ;采用JC2000CD接觸角測定儀對所得超疏水LDHs表面涂層與水的接觸角進行測量，同一樣品表面測量五次后取平均值后作為最后的接觸角的測量值；圖3為水滴在實施例I制備的超疏水LDHs涂層表面的光學照片，水滴在涂層表面的接觸角為 136° ±3°。實施例2 本實施例的具體工藝步驟為(I)、將Ni (NO3)2和Al (NO3)3溶解于50ml去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. 5mol/l的混合鹽溶液；
、
(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 6mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為40° C ;(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的月桂酸鈉鹽(C11H21COONa)溶液中；在30° C下反應O. 5小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm的玻璃片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，然后用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在玻璃片基底表面上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例測得水滴在涂層表面的接觸角為116° ±3°。實施例3 本實施例的具體工藝步驟為(I)、將Zn(NO3)2和Al (NO3)3溶解于50ml去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. lmol/1的混合鹽溶液；(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 2mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為40° C ;(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的月桂酸鈉溶液中；在30° C下反應2小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm (純度為99. 5%)的鋁片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，再用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在鋁片基底表面上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例測得水滴在涂層表面的接觸角為120° ±2°。實施例4 本實施例的具體工藝步驟為A.將Zn(NO3)2和Al(NO3)3溶解于50ml去離子水中，金屬離子總濃度控制在O. 5mol/l ；(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 6mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為30° C ；(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的月桂酸鉀(C11H21COOK)溶液中；在30° C下反應5小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm (純度為99. 5%)的鋁片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，然后用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在鋁片基底表面上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例測得水滴在涂層表面的接觸角為112° ±2°。實施例5 本實施例的具體工藝步驟為(I)將Zn(NO3)JP Al (NO3)3溶解于50ml去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. lmol/1的混合鹽溶液；(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 2mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為30° C ;(4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的硬脂酸鈉(C18H35COONa)溶液中；在50° C下反應2小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm (純度為99. 5%)的鋁片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，然后用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在基底上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min,室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例測得水滴在涂層表面的接觸角為131° ±2°。實施例6 本實施例的具體工藝步驟為(I)、將Co (NO3)2和Al (NO3)3溶解于50ml去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. lmol/1的混合鹽溶液；(2)、采用常規(guī)技術配制50ml濃度為O. 2mol/l的氫氧化鈉溶液；(3)、利用微通道反應器使混合鹽溶液和氫氧化鈉溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)沉淀物；微通道反應器為T形；反應溫度為30° C ;(4)將制備好的LDHs沉淀物用去離子水充分洗滌，然后分散在20ml濃度為O. lmol/1的軟脂酸鈉(C16H31COOK)溶液中；在50° C下反應6小時得到水性涂料；(5)、將厚度為O. Imm (純度為99. 5%)的鋁片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，然后用去離子水清洗后備用；(6)、將步驟(4)中得到的水性涂料利用旋涂法涂覆在鋁片基底表面上，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/min，室溫干燥后得到超疏水涂層。本實施例測得水滴在涂層表面的接觸角為117° ±2°。
權利要求
1.一種層狀雙金屬氫氧化物的制備方法，其特征在于先采用微通道反應器制備層狀雙金屬氫氧化物納米片，再利用水溶性長鏈脂肪酸鹽對其進行表面處理后得到水性涂料，然后將水性涂料涂覆在基底表面上得到超疏水涂層；具體工藝步驟為 (1)、將可溶性二價無機鹽M2+Y和三價無機鹽M3+Y溶解于去離子水中配制成金屬離子總濃度為O. 01-lmol/l的混合鹽溶液；其中，可溶性二價無機鹽M2+Y中的M2+為Mg2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+或Zn2+中的任何一種；三家無機鹽M3+Y中的M3+為Al3+或Fe3+ 'Y為CO32^NO3'SO42' Cl' F_或Br_中的任意一種； (2)、采用常規(guī)技術配制堿溶液，配制的堿溶液為3%-7%的稀氨水或O.1-0. 5mol/l的氫氧化鈉溶液； (3)、利用微通道反應器使鹽溶液和堿溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物沉淀物，反應溫度為25-80° C ;微通道反應器為T形或Y形；微通道反應器中的微通道寬度為 O. 2-lmm,深度為 O.長度為 5-50_ ； (4)、將制備好的層狀雙金屬氫氧化物沉淀物用去離子水充分洗滌，然后于O.001-0. 5mol/l的水溶性長鏈脂肪酸鹽表面活性劑溶液中，在25-80 ° C溫度下反應O.1-24小時后得到水性涂料；其中，水溶性長鏈脂肪酸鹽的化學式為ClriHZlriCOCTM+,n=ll-22, M+代表一價金屬離子K+、Na+ ； (5)、將厚度為O.1-0. 2mm玻璃片先用乙醇超聲清洗5min，再用水超聲清洗5min除去表面油污，再用去離子水清洗后備用； (6)、將步驟(4)中得到的水性涂料采用旋涂法涂覆在基底表面上，旋涂法的轉(zhuǎn)速為500-5000轉(zhuǎn)/min,室溫干燥后得到超疏水涂層，即為層狀雙金屬氫氧化物。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法制備的層狀雙金屬氫氧化物，其特征在于層狀雙金屬氫氧化物涂覆在基底表面后形成納米結構，表面為凹凸起伏的超疏水結構，其與水滴的接觸角在107-139° ;其中的層狀雙金屬氫氧化物的化學通式是n · yH20，其中 M2+ 為二價金屬離子 Mg2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+ 或 Zn2+ 中的任何一種；M3+ 為 Al3+或 Fe3+ ;An-為 NO3' F' Br' Cl' CO,或 SO42-中的任何一種；0· 17 彡 x 彡 O. 35 ;0 彡 y 彡 2。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機非金屬材料制備技術領域，涉及一種層狀雙金屬氫氧化物及其制備方法，先將可溶性二價無機鹽M2+Y和三價無機鹽M3+Y溶解于去離子水中配制成混合鹽溶液；再采用常規(guī)技術配制堿溶液，利用微通道反應器使鹽溶液和堿溶液充分混合并反應得到層狀雙金屬氫氧化物沉淀物；將制備好的層狀雙金屬氫氧化物沉淀物用去離子水充分洗滌，然后于長鏈脂肪酸鹽表面活性劑溶液中反應得到水性涂料；最后將得到的水性涂料涂覆在玻璃片基底表面上，室溫干燥后得到超疏水涂層，即為層狀雙金屬氫氧化物；其制備工藝簡單，重復性好，成本低，生產(chǎn)環(huán)境友好，具有廣闊的市場前景。
文檔編號B82Y40/00GK102976278SQ20121055660
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者侯萬國, 龐秀江, 孫美玉 申請人:青島科技大學