专利名称：复合结构的超疏水膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超疏水结构，特别涉及一种复合结构的超疏水膜。
背景技术：
表面的浸润性是决定材料应用的一个重要性质,许多物理化学过程,如吸附、 润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的浸润性密切相关。由于超疏水表面在自 清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究
引起了极大的关注。所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150和小于 10°的水滴滚动角，具有防水、防冰、防雾、防雪、防污、防尘以及防止输电 线路因水滴驻留而产生的电晕噪声等功能。因此在建筑物表面防污、雷达天线 罩、化学微型反应器、输电线路防污等领域具有广泛的应用前景。
现有技术中，有一种利用等离子技术用CF4气体氟化聚丁二烯膜表面, 生成与水接触角为157°的超疏水膜；利用光刻法在硅晶片上刻蚀出一系列不 同深度、不同柱状截面组成的表面，并对该表面用烃、硅氧垸、氟碳化合物进 行了表面处理，在表面形成一层疏水膜等；还有通过用超声波法混合乙酰丙酮铝 化合物(AACA)和乙酰丙酮钛化合物(TACA)，然后在1500rmp的速度下把此混 合物涂抹在耐热玻璃片上,在50(TC加热20s,这样得到一个具有自净功能的透明 仿生超疏水性纳米Ti02表面等等。现有技术对于制备超疏水表面的方法大部分需要采用复杂昂贵的仪器 设备同时要严格控制制备工艺，超疏水结构成本相对较高，无法实现超疏水表 面的规模化应用。同时制备成本也相对较高，制备出的超疏水表面机械强度也 不高，无法满足实际需要。
因此，需要一种结构简单、制作容易、强度较高、成本较低并可以规模 化制造和应用的超疏水结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合结构的超疏水膜，超疏水膜结构
简单、制作容易、强度较高、成本较低并可以规模化制造和应用的超疏水结构； 制备方法简单易操作，制作成本低。
本发明的复合结构的超疏水膜，包括膜基体、粘结层和超疏水层，所述粘 结层粘结于膜基体表面，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒和纳 米级粉粒组成，微米级粉粒和纳米级粉粒在粘结层表面形成微米级凸起和纳米 级凸起；所述微米级粉粒和纳米级粉粒具有低表面能或/和经低表面能物质修 饰。
进一步，所述微米级粉粒和纳米级粉粒混合粉体粒径为60nm—100 u m;
进一步，所述微米级粉粒和纳米级粉粒混合粉体粒径为400 nm —30 u m;
进一步，所述微米级凸起凸出表面l一30"m，纳米级凸起凸出表面20— 1000nm，相邻微米级凸起之间的间距5—100Pm;
进一步，所述微米级凸起凸出表面500 rnn—15ym，纳米级凸起凸出表面 200 nm—500nm，相邻微米级凸起之间的间距为500 nm—20 u m;进一步，所述粘结层为氟乙烯-乙烯基醚聚合物、聚氨酯树脂、有机硅树 脂和含氟丙烯酸酯中的一种或者一种以上的混合物；
进一步，具有低表面能的微米级粉粒和纳米级粉粒为聚四氟乙烯微粉和全
氟乙丙烯微粉中的一种或者一种以上的混合物；
进一歩，所述经低表面能物质修饰的微米级粉粒和纳米级粉粒为二氧化 硅、二氧化钛、碳酸钙和氧化锌中的一种或者一种以上的混合物，用于修饰的 低表面能物质是碳原子个数8~19的垸基氟硅烷偶联剂中的一种或者一种以上 的混合物或氟原子个数为6 18的含氟丙烯酸酯中的一种或者一种以上的混合 物；
进一步，所述膜基体的材料为聚酰亚胺、涤纶树脂和聚芳枫中的一种或者 一种以上的混合物。
进一步，所述膜基体的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚四氟乙烯中 的一种或者一种以上的混合物。
本发明的有益效果是本发明的复合结构的超疏水膜，超疏水层由相间排 列并嵌入膜基体表面的粘结层并形成微米级凸起和纳米级凸起的微米级粉粒和 纳米级粉粒组成，相对于其它超疏水结构，本发明超疏水膜强度高、结构简单、 制作容易、成本较低，该超疏水层的水接触角为150。 165° ，滚动角小于5。； 设置粘接层，对基体材料没有特殊要求，可以在硬度很高的基体上设置超疏水 结构，超疏水膜本身可具有一定强度和硬度，机械性能优异，可用于对机械性 要求较高的场合；采用嵌入粘结的结构，超疏水层通过粘接层与膜基体结合牢 固，性能稳定、成本低廉、可以用于需要防水、防污、防雾、防覆雪、防覆冰、抗氧化等场合；采用膜基体，可以使超疏水膜的使用灵活，占有空间小，使用 方便简单，使用方便简单，易于推广，是可以规模化制造和应用的超疏水结构。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 附图为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
附图为本发明的结构示意图，如图所示
实施例一
本实施例的复合结构的超疏水膜，包括膜基体l、粘结层4和超疏水层， 粘结层4粘结于膜基体1，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒2 和纳米级粉粒3组成，微米级粉粒2和纳米级粉粒3在粘结层表面形成微米级 凸起和纳米级凸起；本实施例中，粘结层材料为氟乙烯-乙烯基醚聚合物，粘 性较好，适应性强，可适用于各类表面；微米级粉粒2和纳米级粉粒3具有低 表面能；本实施例中，具有低表面能的微米级粉粒2和纳米级粉粒3为聚四氟 乙烯微粉-，
微米级粉粒2和纳米级粉粒3混合粉体粒径为60nm—100 n m;微米级凸起 凸出表面500 nm—30um，纳米级凸起凸出表面20 nm—500nm，相邻微米级凸 起之间的间距为500 nm—100y m。
利用本实施例的微米级粉粒2和纳米级粉粒3制备出的超疏水膜性能稳 定，水滴接触角为160。 162°之间，水滴滚动角为2。 4°之间。实施例二
本实施例的复合结构的超疏水膜，包括膜基体l、粘结层4和超疏水层，
粘结层4粘结于膜基体1，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒2 和纳米级粉粒3组成，微米级粉粒2和纳米级粉粒3在粘结层表面形成微米级 凸起和纳米级凸起；本实施例中，粘结层材料为含氟丙烯酸酯，物理性质稳定， 适应性强，可适用于各类表面；微米级粉粒2和纳米级粉粒3是经过低表面能 物质修饰过的，本实施例中，经低表面能物质修饰的微米级粉粒2和纳米级粉 粒3为二氧化硅，当然，也可以是二氧化钛、碳酸钙和氧化锌中的一种或者一 种以上的混合物，都能达到发明目的，用于修饰的低表面能物质是十七氟癸基 三甲氧基硅垸，当然，也可以是其它碳原子个数8~19的烷基氟硅烷偶联剂中 的一种或者一种以上的混合物，或者氟原子个数为6~18的含氟丙烯酸酯中的 一种或者一种以上的混合物，都能达到发明目的；
微米级粉粒2和纳米级粉粒3混合粉体粒径为60nm—100 u m;微米级凸起 凸出表面500 nra—30um，纳米级凸起凸出表面20 nm—500nm,相邻微米级凸 起之间的间距为500 nm—100ym。
利用本实施例的微米级粉粒2和纳米级粉粒3制备出的超疏水膜性能稳 定，水滴接触角为154。 162°之间，水滴滚动角为2。 5°之间。
实施例三
本实施例的复合结构的超疏水膜，包括膜基体l、粘结层4和超疏水层， 粘结层4粘结于膜基体1，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒2 和纳米级粉粒3组成，微米级粉粒2和纳米级粉粒3在粘结层表面形成微米级凸起和纳米级凸起；本实施例中，粘结层材料为聚氨酯树脂，物理性质稳定， 粘性大，适应性强，可适用于各类表面；微米级粉粒2和纳米级粉粒3具有低 表面能；本实施例中，具有低表面能的微米级粉粒2和纳米级粉粒3为全氟乙 丙烯微粉；
微米级粉粒2和纳米级粉粒3混合粉体粒径为400nm—30 y m;微米级凸起 凸出表面500 nm—15"m，纳米级凸起凸出表面200 nm—500mi1，相邻微米级 凸起之间的间距为500 nm—20iim。
利用本实施例的微米级粉粒2和纳米级粉粒3制备出的超疏水膜性能稳 定，水滴接触角为162° 167°之间，水滴滚动角为r 3°之间。
实施例四
本实施例的复合结构的超疏水膜，包括膜基体l、粘结层4和超疏水层， 粘结层4粘结于膜基体1,超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒2 和纳米级粉粒3组成，微米级粉粒2和纳米级粉粒3在粘结层表面形成微米级 凸起和纳米级凸起；本实施例中，粘结层材料为有机硅树脂，物理性质稳定， 粘性大，适应性强，可适用于各类表面；微米级粉粒2和纳米级粉粒3是经过 低表面能物质修饰过的，本实施例中，经低表面能物质修饰的微米级粉粒2和 纳米级粉粒3为碳酸钙，用于修饰的低表面能物质是甲基丙烯酸十二氟庚酯；
微米级粉粒2和纳米级粉粒3混合粉体粒径为40(bm—30 w m;微米级凸起 凸出表面500咖一15iim，纳米级凸起凸出表面200 nm—500mn，相邻微米级 凸起之间的间距为500 nm—20uni。
利用本实施例的微米级粉粒2和纳米级粉粒3制备出的超疏水膜性能稳定，水滴接触角为160。 165°之间，水滴滚动角为1。 4°之间。
当然，粘结剂不局限于氟乙烯-乙烯基醚聚合物、聚氨酯树脂、有机硅树 脂、含氟丙烯酸酯，也可以是以上物质一种以上的混合物，由于其物理、化学 性质符合本发明对粘结性的要求，因而都能达到发明目的；
实施例一和实施例三所述的具有低表面能的微米级粉粒2和纳米级粉粒3 并不局限于聚四氟乙烯微粉，也可以是全氟乙丙烯微粉及二者的混合物，都具 有本发明所需的性质，都能达到发明目的。
以上实施例中，膜基体的材料为聚酰亚胺、涤纶树脂和聚芳枫中的一种或 者一种以上的混合物，物理性质柔软，强度较高、适应性强，可适用于各类表 面，适合于设置粘接胶层，也就是将超疏水膜制成胶带结构，应用时直接粘贴， 使用方便，制作成本低；
膜基体的材料也可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚四氟乙烯中的一种 或者一种以上的混合物，粘结层的粘接效果好，从而使超疏水膜应用于不同的 场合，使用方便灵活。
本发明制备时，通过平板将微米级粉粒2和纳米级粉粒3压入基体表面的 粘结层上表面，固化后的粘结层表面嵌合超疏水表面层。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种复合结构的超疏水膜，其特征在于包括膜基体(1)、粘结层(4)和超疏水层，所述粘结层(4)粘结于膜基体(1)表面，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(1)组成，微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)在粘结层(4)表面形成微米级凸起和纳米级凸起；所述微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)具有低表面能或/和经低表面能物质修饰。
2. 根据权利要求1所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)混合粉体粒径为60nm—100tim。
3. 根据权利要求2所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)混合粉体粒径为400 nm —30um。
4. 根据权利要求3所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述微米级凸起凸出表面500 nm—30 u m，纳米级凸起凸出表面20 nnr~1000nm相邻微米级凸起之间的间距为500 nm—100tim。
5. 根据权利要求4所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述微米级凸起凸出表面500 nm—15wm，纳米级凸起凸出表面200 nm—500nm，相邻微米级凸起之间的间距为500 nm—20iim。
6. 根据权利要求5所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述粘结层为氟乙烯-乙烯基醚聚合物、聚氨酯树脂、有机硅树脂和含氟丙烯酸酯中的一种或者一种以上的混合物。
7. 根据权利要求6所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于具有低表面能的微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)为聚四氟乙烯微粉和全氟乙丙烯微粉中的一种或者一种以上的混合物。
8. 根据权利要求6所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述经低表面能物质修饰的微米级粉粒(2)和纳米级粉粒(3)为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙和氧化锌中的一种或者一种以上的混合物，用于修饰的低表面能物质是碳原子个数8 19的烷基氟硅烷偶联剂中的一种或者一种以上的混合物或氟原子个数为6~18的含氟丙烯酸酯中的一种或者一种以上的混合物。
9. 根据权利要求7或8所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述膜基体(1)的材料为聚酰亚胺、涤纶树脂和聚芳枫中的一种或者一种以上的混合物。
10. 根据权利要求7或8所述的复合结构的超疏水膜，其特征在于所述膜基体(1)的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚四氟乙烯中的一种或者一种以上的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种复合结构的超疏水膜，包括膜基体、粘结层和超疏水层，所述粘结层粘结于膜基体，超疏水层由相间排列并嵌入粘结层的具有低表面能或/和经低表面能物质修饰的微米级粉粒和纳米级粉粒组成，并在粘结层表面形成微米级凸起和纳米级凸起，本发明超疏水膜结构简单、制作容易、成本较低，该超疏水层的水接触角为150°～165°，滚动角小于5°，设置粘接层，对基体材料没有特殊要求，可以在硬度很高的基体上设置超疏水结构，超疏水膜本身可具有一定强度和硬度，机械性能优异，可用于对机械性要求较高的场合，可以用于需要防水、防污、防雾、防覆雪、防覆冰、抗氧化等场合；采用膜基体，占有空间小，使用方便简单。
文档编号B32B5/16GK101474896SQ2009101031
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者张志劲, 剑 李, 庆 杨, 洋 杨, 章华中, 琴 胡, 胡建林, 舒立春, 蒋兴良, 赵玉顺 申请人:重庆大学