[發(fā)明專(zhuān)利]仿荷葉表面的超疏水薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010589093.8
• 申請(qǐng)日: 2010-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102093697A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建方;田小洲;錢(qián)斯文;吳文健;王璟;賴(lài)媛媛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L75/04
• 分類(lèi)號(hào): C08L75/04;C08K9/06;C08K3/36;C08K3/22;C08G18/77;C08G18/62;C08F220/28;C08F220/14;C08F220/18;C08F212/08;C08F220/22;C08F2/44;C08J5/18
• 代理公司: 湖南兆弘專(zhuān)利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合有機(jī)薄膜及其制備方法，尤其涉及一種超疏水薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

在自然界中，荷葉表面具有獨(dú)特的自清潔功能，這是由其表面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和含低表面能的化學(xué)物質(zhì)所決定的。通過(guò)荷葉表面的SEM圖片可以看到，其表面由很多5μm～9μm的乳突所組成，而每一個(gè)乳突上又存在納米級(jí)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。荷葉表面的超疏水微米-納米二級(jí)結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)微/納結(jié)構(gòu))包括：荷葉表面細(xì)胞形態(tài)具有微/納米雙重尺度的乳突結(jié)構(gòu)，且在其表面微/納結(jié)構(gòu)中包含有疏水蠟質(zhì)體。隨著荷葉表面超疏水自清潔的微/納結(jié)構(gòu)特征和機(jī)理被人們所認(rèn)知，無(wú)論在理論基礎(chǔ)、技術(shù)構(gòu)建還是實(shí)際應(yīng)用等方面，微/納結(jié)構(gòu)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

從仿生學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，制備高性能的仿荷葉微/納結(jié)構(gòu)涂層有兩種方法：第一，在低表面能涂層表面構(gòu)建微/納粗糙結(jié)構(gòu)；第二，在具有微/納粗糙結(jié)構(gòu)的材料表面形成低表面能的物質(zhì)。遵循上述思路，國(guó)內(nèi)外研究者采取了多種手段力圖獲得具有超疏水性的微/納結(jié)構(gòu)薄膜。具有代表性的工作有：(1)Chen等利用納米球刻蝕的方法首先得到了排列整齊的雙層聚苯乙烯(PS)納米珠陣列，再用氧等離子體處理以進(jìn)一步減小納米珠的尺寸從而得到表面微結(jié)構(gòu)；(2)Youngblood等在聚四氟乙烯存在下，用射頻等離子體刻蝕聚丙烯(PP)制備出無(wú)規(guī)則微結(jié)構(gòu)表面；(3)中科院化學(xué)所的江雷等利用CVD法在石英基底上制備了各種圖案結(jié)構(gòu)，如蜂房狀、柱狀、島狀的陣列碳納米管膜；(4)Cho等以一種具有四重氫鍵的有機(jī)硅超分子(supraTES)為原料，利用溶膠-凝膠過(guò)程，得到了超疏水表面；(5)中科院化學(xué)所的徐堅(jiān)等利用聚合物在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中自聚集、曲面張力和相分離的原理，在室溫和大氣條件下直接成膜，構(gòu)建了類(lèi)似荷葉的微/納雙重結(jié)構(gòu)的聚合物表面。上述微/納結(jié)構(gòu)涂層的共同特點(diǎn)為：涂層具有類(lèi)似的微/納結(jié)構(gòu)，并經(jīng)低表面能化合物進(jìn)行表面處理。然而，這些表面處理一般需要在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和工藝控制條件下進(jìn)行，或者需要在特殊基底上(如碳納米管陣列)才能實(shí)現(xiàn)，且制備過(guò)程復(fù)雜、成本高，無(wú)法大面積成膜，從而限制了微/納涂層在生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自清潔效果好、兼具電磁屏蔽功能、力學(xué)性能和穩(wěn)定性好、成本低、環(huán)境友好的仿荷葉表面的超疏水薄膜，還相應(yīng)提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、可大面積成型微/納結(jié)構(gòu)的仿荷葉表面的超疏水薄膜的制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種仿荷葉表面的超疏水薄膜，所述超疏水薄膜包括低表面能材質(zhì)的基膜和該基膜上形成的微/納結(jié)構(gòu)，所述微/納結(jié)構(gòu)包括基膜上均勻分布的微米級(jí)顆粒和該微米級(jí)顆粒上長(zhǎng)出的納米級(jí)乳突。

上述的仿荷葉表面的超疏水薄膜中，所述基膜優(yōu)選為有機(jī)氟改性丙烯酸酯與有機(jī)硅改性聚氨酯復(fù)合物。

上述的仿荷葉表面的超疏水薄膜中，所述微米級(jí)顆粒和所述納米級(jí)乳突主要是由改性氧化物納米粒子聚集而成。所述改性氧化物納米粒子可以為改性二氧化硅(SiO₂)納米粒子、改性二氧化鈦(TiO₂)納米粒子、改性氧化鋅(ZnO)納米粒子或改性四氧化三鐵(Fe₃O₄)納米粒子，還可以為前述四種改性氧化物納米粒子的任意組合。但經(jīng)過(guò)我們的反復(fù)實(shí)驗(yàn)及對(duì)比觀(guān)察，最優(yōu)選的改性氧化物納米粒子為改性Fe₃O₄納米粒子。使用改性的Fe₃O₄納米粒子不僅能使其在產(chǎn)品中的分布更加均勻，而且能更好地防止氧化物納米粒子的沉降。

上述的仿荷葉表面的超疏水薄膜中，所述改性氧化物納米粒子與所述基膜的質(zhì)量比值優(yōu)選為(0.1～2)∶1。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的仿荷葉表面的超疏水薄膜的制備方法，包括以下步驟：