[發明專利]一種超疏水表面的制備方法

有效

• 申請號: 200810234276.0
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101417278A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 陳剛;趙玉濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D7/24;B05D3/00;C09D127/12;C09D183/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種超疏水表面的制備方法，具體而言，本發明涉及一種采用具有納米孔隙或納米修飾表面的微米或亞微米顆粒與低表面能材料復合制備超疏水表面的方法。

背景技術

超疏水膜的基礎理論研究始于20世紀50年代。一般將與水接觸角大于150°稱為超疏水膜。接觸角通過液體-固體-氣體接合點處水珠曲線終點的輪廓切線與固體表面之間的夾角測定出來。由于超疏水膜獨特的表面特性，在國防、日常生活和眾多工業領域有著廣泛的應用前景，如超疏水技術用在室外天線上，可防止積雪從而保證通信質量；用在船潛艇的外殼上，不但能減少水的阻力，提高航行速度，還能達到防污、防腐的功效；用在石油輸送管道內壁、微量注射器針尖上能防止粘附、堵塞，減少損耗；用在紡織品、皮革上，還能制成防水、防污的服裝、皮鞋。正是由于有如此廣泛的需求，超疏水材料的應用研究才越來越受關注。隨著超疏水膜理論日臻成熟，人們認識到超疏水膜不但受材料表面的化學成分和結構控制，還為表面形貌結構所左右。為此，人們發明了許多的新的制備技術，以求獲得超疏水膜。

材料表面潤濕性能是由固體表面原子及其堆積態所決定，與其內部組成及分子排布無關。理論和實踐證明，將低表面能材料，尤其是將含氟材料與表面適當的粗糙化有機結合，是制備超疏水膜的有效途徑。在有機材料中最初采用摻雜技術，通過加入硅粉、聚四氟乙烯粉、氣相二氧化硅來增加表面粗糙度。隨著粗糙度的遞增表面疏水性能明顯提高。另外，采用溶膠凝膠(sol-gel)法、化學氣相沉積法、等離子沉積技術、激光技術等均能獲得粗糙的表面。較低表面能的材料與適宜的表面粗糙度相協調是獲得超疏水膜的必要條件。

對荷葉表面的研究顯示，僅靠增加表面粗糙度是不夠的，還必須重視表面的微構造對獲取超疏水表面所起的至關重要的作用。研究人員對如何控制微構造進行了探索，采用多種新穎的技術，制備了具有納米級微構造的表面，從而為獲取超疏水性能奠定了基礎。運用相分離技術制成了具有盆地狀構造、利用氧氣等離子刻蝕技術使表面形成了納米級山峰狀構造、利用對四氟乙烯氣體極性調制射頻等離子沉積技術獲得了帶狀構造等。這些具有特殊構造的表面都具有超疏水性能，與水的接觸角都大于150°。

然而，目前的各種技術還難以解決大面積疏水表面及涂層的制備，不少技術還存在需要使用復雜的設備或高溫煅燒等問題，使超疏水表面或涂層產品的種類和數量受到了大大限制。另外，無論是先構造特殊的表面微結構然后修飾低表面能材料，還是在低表面能材料表面上構造特殊的表面微結構，形成的超疏水表面都比較容易破壞，且不具有自修復功能。因此，如何提供一種方便、高效的制備技術，生產出具有較長壽命的超疏水表面是當前超疏水材料研究開發需要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是針對當前超疏水表面制備技術遇到的問題，提出一種方便、高效的超疏水表面的制備方法，制備出長壽命的超疏水表面。

具體而言為：采用具有納米尺寸孔隙或表面經過納米修飾的微米或亞微米顆粒與低表面能材料復合制備超疏水表面，首先通過目前已經成熟的表面活化技術對顆粒表面進行活化，以去除顆粒表面的鈍化膜；然后將低表面能材料、經過表面活化的微米或亞微米顆粒和偶聯劑均勻混合，再根據需要將混合物噴涂或刷涂在需要處理的表面上，最后自然干燥或在適當溫度下烘干即可獲得超疏水表面。

本發明所涉及的具有納米尺寸孔隙的材料可以是活性炭或多孔氧化鋁，表面經過納米修飾的微米或亞微米顆粒可以是進行了納米顆粒表面修飾的各種顆粒。各種顆粒可以根據實際使用場合的需要選擇，其加入量占低表面能材料質量的20～40％。

本發明所涉及的低表面能材料為靜態接觸角大于100°的材料，常用的低表面能材料有含氟樹脂、有機硅及其相應的改性樹脂，如硅氧烷。

本發明所涉及的表面活化技術是成熟技術，主要包括烘干技術、超聲清洗技術。

為了提高低表面能材料與納米尺寸孔隙或表面經過納米修飾微米或亞微米顆粒之間的界面結合力，根據需要添加偶聯劑，如硅烷，其加入量占低表面能材料質量的3～6％。

本發明提出的制備技術的主要優點有：

1)技術適應性廣，可以適合對不同形狀表面進行處理，解決了以往技術對特殊形狀表面處理困難的問題；

2)工藝過程簡單，只需要把天然或經過表面修飾處理的顆粒添加到超疏水材料中就可以達到制作超疏水表面的目的；

3)適合大批量應用，由于本發明所提到的微米級或亞微米級顆粒采用目前已有的成熟技術可以批量生產，因此該技術的應用可以實現批量化；