[發明專利]一種超雙疏自清潔表面精細納米結構的人工種植方法

有效

• 申請號: 201310059453.7
• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103143493A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 胡云楚;梁金;王潔;黃自知;田梁材;袁利萍;卿彥;吳義強
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B05D5/02
• 分類號: B05D5/02;B05D5/08;B05D7/24;B82Y30/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 謝德珍

技術領域

本發明涉及一種具有超疏水超疏油自清潔特性的精細納米結構材料及其人工種植方法。

背景技術

超雙疏表面通常是指對水相和油相的接觸角均大于150°的表面。1997年，德國生物學家Neinhuis和Barthlott研究荷葉表面的電鏡圖片發現，荷葉表面存在精細的微納米結構的乳突，這種由微納米復合結構乳突所形成的粗糙表面與荷葉表面疏水性蠟狀物的存在共同導致荷葉具有“出淤泥而不染”的超雙疏自清潔效應。基于超雙疏現象引起的防污染、防雨雪、防腐蝕、抗氧化和表面自清潔等諸多優良特性，超雙疏表面在紡織物、交通信號、輪船外殼、航天飛機、各類管道、建筑材料、汽車玻璃、衛星天線等多方面具有廣泛的潛在應用前景，近年來，仿生制備超雙疏材料及超雙疏表面引起了很多研究者的巨大興趣。

鑒于液滴與表面的接觸角不僅和表面張力有關，更和表面粗糙度密切相關，利用各種方法構建具有納微米級粗糙度的精細納米結構表面對制備超雙疏材料顯得尤為重要。在材料的表面構建納米尺寸凹凸形狀互補的微觀結構，由納米尺寸的凹的表面吸附空氣，宏觀上相當于有一層穩定的氣體薄膜，使油和水無法直接和表面完全接觸，部分固液界面被氣液界面代替，使接觸角增大，粗糙度越高，接觸角越大，當固液接觸角大于150°，表面就將表現出超雙疏特性。目前仿生制備超雙疏表面的方法很多，主要有：等離子體技術，層層自組裝，相分離法，電化學方法等。但以上方法都不適用于制備大面積的超雙疏表面。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種超雙疏自清潔表面精細納米結構的人工種植方法，這是一種大面積制備超雙疏自清潔表面精細納米結構的人工種植方法，可用以解決上述背景技術中的缺點。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種超雙疏自清潔表面精細納米結構的人工種植方法，利用具有超雙疏特性的表面精細納米結構的主體為棒狀納米纖維素；棒狀納米纖維素納米纖絲以靜電植絨的方式在基材表面實現可控有序定向種植；植絨表面經含氟試劑修飾，自組裝形成一層含氟長鏈烷基硅烷分子，獲得超雙疏自清潔表面精細納米結構。

其具體操作步驟如下：

1）、制備棒狀納米纖維素：采用強酸水解的方法制備棒狀納米纖維素納米纖絲：將纖維原料分散在硫酸水溶液中，在一定溫度下攪拌反應一定時間，加入冰塊終止反應及使體系降至室溫。離心洗滌至中性，取沉淀物用去離子水透析一周去除雜質，冷凍干燥獲得棒狀納米纖維素納米纖絲。

2）、納米纖維素納米纖絲的人工種植：將板面干凈的板材放入植絨裝置，依次經過板材膠粘劑涂布、植絨、烘干程序，程序化控制實現基于納米纖維素納米纖絲的精細納米結構表面的有序定向人工種植。

3）、納米纖絲植絨表面超雙疏功能化：步驟（2）中得到的納米纖絲植絨表面在含氟修飾液中室溫浸泡一定時間，隨后依次用甲苯，乙醇潤洗，潤洗后在一定條件下干燥，得到具有精細納米結構的超雙疏自清潔表面。

在本發明中，所述纖維原料為木漿纖維，紙漿纖維，竹漿纖維，棉纖維或麻纖維中的任意一種及其組合。

在本發明中，硫酸水溶液濃度為50～64wt%，反應溫度為20℃～50℃，反應時間為30～60min。

在本發明中，所述板材為厚度為0.1～1mm，寬度為500～1500mm的鋁合金、銅合金、鋅合金板材或合金鋼材。

在本發明中，所述膠粘劑為固化環氧樹脂膠粘劑，固化環氧樹脂膠粘劑涂布量為：80～100g/m²。

本發明在靜電植絨時，植絨裝置的工作電壓為：35～50kV，電流為：0.5～5mA，而植絨絨毛為納米纖維素納米纖絲，絨毛直徑為10～50nm，絨毛長度為100～500nm，植絨量為：10～12g/m²。

在本發明中，所述的含氟修飾液為十七氟癸基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，濃度為1～2wt%，修飾時間為4～24h。

在本發明中，對超雙疏植絨表面進行干燥處理時，干燥處理溫度為80～120℃，干燥處理時間為5～10min。

本發明的優點和有益效果在于：

1）、本發明采用的納米纖維素纖維材料為一般的木漿纖維，紙漿纖維，竹漿纖維，棉纖維，麻纖維中的任意一種。以納米纖維素的常用制法—強酸水解纖維素的方法制備納米纖維素納米纖絲，工藝簡單，易操作，成本低。