[發明專利]一種高光澤度超疏水銅涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201610136467.8
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105734540B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 楊浩;吳忠強;宋爽;陳嶸
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C23C18/40
• 分類號: C23C18/40
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于功能材料和金屬表面改性技術領域，具體涉及一種高光澤度超疏水銅涂層及其制備方法。

背景技術

近年來，超疏水材料因其減阻、防腐、抗生物膜、自清潔等方面的優異性能而引起了科研工作者們廣泛的關注。通常超疏水表面是指水的靜態接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面。而超疏水表面需要滿足兩個條件：一是具有較低的表面自由能，另一個是具有較大的表面粗糙度，特別是表面具有微納米多級結構。然而較大的粗糙度往往會增加涂層對光的散射，減少涂層對光的反射，使涂層在可見光下失去光澤或呈黑色。這就限制了本身具有良好光澤度的金屬涂層在超疏水自清潔中的應用。

光澤度是涂層表面的一種光學特征，以其反射光的能力來表示。通常高光澤度涂層的制備是通過簡單的物理化學方法改變涂層的表面狀態，降低表面粗糙度來實現的。高光澤度銅涂層耐蝕性能好，抗磁性好，美觀，并具有一定的殺菌性能，在船舶的防腐、家電面板、表面裝飾、管道運輸等行業有著廣泛的應用。

目前已有一些超疏水銅涂層的報道，如ZL200610010554.5介紹了一種在金屬銅表面構筑超疏水結構的方法，用十二烷基硫酸鈉調控銅表面微/納米結構，然后將構筑了微/納米結構的銅片放入月桂酸的乙醇溶液進行疏水化處理，從而達到超疏水的效果；CN201410662363.1介紹了一種超疏水銅箔的制備方法，用去離子水清洗銅箔，將銅箔依次在乙醇和丙酮中浸泡取出烘干，再將處理后的銅箔依次在冰醋酸、雙氧水、高錳酸鉀溶液中浸泡，然后將浸泡完后的銅箔放入硬脂酸溶液中進行疏水話處理，從而達到超疏水的效果。這些方法都是通過構建微納米結構從而提高涂層的表面粗糙度而實現超疏水性，然而經疏水改性后涂層外觀會變暗，失去原有的光澤。目前還未見到在單質銅涂層上同時實現高光澤度和超疏水性的報道。因為涂層表面的光澤度和疏水性都與涂層的表面狀態有關，光澤度隨表面粗糙度的增大而減小，而疏水性隨表面粗糙度的增大而增大。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種具有高光澤度的超疏水銅涂層，該涂層表面形貌為微-納米雙微觀結構，表面粗糙度為32-85nm；60°光澤度為55-105GU，水的靜態接觸角為160-170°可同時實現高疏水性和高光澤度，在流體減阻、汽車烤漆、家電面板的自清潔、表面裝飾等方面有著巨大的應用前景。

本發明的另一個目的是提供該涂層的制備方法，用化學鍍的方法在鋁基底上鍍一層單質銅，通過控制化學鍍銅液中銅離子、甲醛和乙二胺四乙酸二鈉的濃度，以及溶液的pH值等因素來調控涂層表面的形貌和粗糙度，再經改性劑疏水化處理，從而達到高光澤度超疏水的效果。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高光澤度超疏水銅涂層，其表面形貌為微-納米雙微觀結構，表面粗糙度為32-85nm；60°光澤度為55-105GU，水的靜態接觸角為160-170°。

上述一種高光澤度超疏水銅涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鋁片浸入有機溶劑中，超聲清洗去油污后，用水沖洗干凈，烘干備用；

(2)分別配制硫酸銅水溶液和乙二胺四乙酸二鈉水溶液，將二者混合均勻，加入甲醛，調節所得溶液體系的pH值至11.5-12.5，得到鍍銅液，控制鍍銅液中硫酸銅的濃度為0.03-0.04mol/L；然后將清潔好的鋁片浸入到配制好的鍍銅液中，放置在室溫下反應30-60min后，取出鍍件，用水沖洗、烘干后得到鍍銅的鋁片；

(3)將(2)中所得鍍銅的鋁片浸入改性劑的乙醇溶液中浸泡，浸泡完后取出，并用無水乙醇沖洗，吹干后即可在鋁片表面得到高光澤度的超疏水銅涂層。

上述方案中，所述乙二胺四乙酸二鈉與硫酸銅的優選摩爾比為0.8-1.5:1；甲醛與硫酸銅的優選摩爾比為1-4.5:1。

上述方案中，所述有機溶劑可選用無水甲醇、無水乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸丁酯、二甲苯、三氯甲烷或三氯乙烷等。

上述方案中，所述改性劑可選用十六硫醇、十八硫醇、軟脂酸、硬脂酸、全氟硫醇或全氟烷基硅氧烷等。

上述方案中，所述改性劑的乙醇溶液中改性劑的濃度為5-20mmol/L。

上述方案中，步驟(2)中采用氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水調節所得溶液體系的pH值。

上述方案中，步驟(3)所述浸泡溫度為室溫條件，浸泡時間為15-120min。