一种铝表面超疏水涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及超疏水表面的制备领域，具体设及一种侣表面超疏水涂层的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 雾、霜、雪等是常见的自然现象，当空气中的水蒸气遇到过冷的物体表面时，就会 冷凝成水珠或凝华成冰晶附着在物体表面，形成雾和霜。冰雪在室外建筑材料、高速公路、 高压电线、飞机上的附着和积累，会给人们的生产、生活带来诸多不便，甚至威胁生命财产 安全，造成巨大的经济损失。
[0003] 现在物体表面的除冰方法主要包括物理和化学方法，都会导致能量和资源的损 耗。近年来，受生物材料表面超疏水性能的启发，许多拥有高的静态接触角和低的滚动角的 超疏水表面得W构建。超疏水表面具有很好的防结冰性能，主要是水滴在超疏水表面呈球 状分布，超疏水表面由于微纳复合粗糖结构的存在，能在表面缚集一层空气，形成"气垫"， 减小了水与基材的接触面积，使得水滴与固体间的传热面积减少，传热速率下降，因此水W 液态的形式存在涂层表面被延长，结冰时间延长。水滴在超疏水表面的滚动角很小，在极小 的外力如风力、振动或倾斜等条件下，水滴很容易从超疏水表面滚落，能够在水滴未结冰之 前就能脱离固体表面。在水滴结冰后，超疏水涂层表面的"气垫"也能减少冰与固体的接触 面积，降低冰与表面的附着力，使得结冰更容易去除。
[0004] 对荷叶表面的结构和化学组成研究发现，构成超疏水表面需具备两个要素，一是 需要微纳的粗糖结构;二是需要有低表面能物质。因此，构造超疏水表面需要从运两方面入 手，常用于超疏水表面的制备方法有化学刻蚀法、化学沉积法、静电纺丝法、模板法、溶胶凝 胶法、自组装和层层自组装法、等离子处理法等。其中化学刻蚀法具有操作简单、快捷、试剂 廉价、可大面积制备等优点，已被广泛应用于超疏水表面的制备。
[0005] 但是化学刻蚀法由于反应条件比较难控制，一般不能在侣片表面刻蚀出精细的微 纳复合结构，刻蚀时间过短会因为刻蚀不够而达不到理想的粗糖度，刻蚀时间过长会由于 反应过度，一般只能形成微米级的粗糖度，得到的表面超疏水效果不明显。为了得到微纳复 合结构的侣表面，本发明先采用酸对侣片进行刻蚀，得到微米级的粗糖结构，再通过浸涂纳 米Ti化粒子，得到具有微纳复合粗糖结构的侣表面，通过低表面能的氣硅烷修饰后，可W达 到超疏水，其具有很好的防覆冰性能。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种侣表面超疏水涂层的制备方法。侣片采用酸刻蚀和纳米粒子浸 涂相结合的方法构建微纳复合结构，用低表面能物质处理后，表面能够到达超疏水。此方法 操作简单、试剂廉价、效果好。
[0007] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种侣表面超疏水涂层的制备方法， 包括W下步骤：
[0008] (1)前处理:将侣片用砂纸打磨，清洗后在烘箱中干燥待用。
[0009] (2)酸刻蚀:将步骤1处理后的侣片浸入到酸刻蚀剂中进行刻蚀，刻蚀后的侣片先 用蒸馈水冲洗停止反应，再用蒸馈水超声清洗附着在侣片上的沉积物，得到具有微米级粗 糖结构的侣表面。
[0010] (3)纳米Ti化浸涂：将酸刻蚀后的侣片浸泡于纳米Ti化粒子的乙醇溶液中，纳米 Ti〇2粒子的粒径为15nm-100nm，浓度为0.5wt%-4wt%，浸泡时间为1-lOmin。浸泡处理后， 在300°CW上的马弗炉中反应3-化，得到具有微纳复合粗糖结构的侣表面。
[0011] (4)低表面能物质处理:将步骤3处理后的侣片在浓度为0.5wt%-5wt%的氣硅烷 溶液中浸泡30min-3h，取出后120~180°C下固化，即可在侣表面得到超疏水涂层。
[0012] 进一步地，所述酸刻蚀剂由盐酸、硝酸、氨氣酸、硫酸、草酸一种或多种按照任意配 比组成;酸刻蚀剂中，氨离子的溶度为l-4mol/L，酸刻蚀时间为lOmin-1化。
[0013] 进一步地，所述马弗炉的溫度为300-600°C。
[0014] 进一步地，氣硅烷溶液的溶剂为乙醇、丙酬等常规的有机溶剂，溶质选自十Ξ氣辛 基Ξ乙氧基硅烷、十屯氣癸基Ξ乙氧基硅烷、辛基Ξ乙氧基硅烷、十六烷基Ξ甲氧基硅烷、 二甲基二甲氧基硅烷等。
[0015] 进一步地，所述纳米Ti化粒子的乙醇溶液的溶度为0.5wt%，浸泡时间为lOmin，纳 米T i化粒子的粒径为15nm。
[0016] 进一步地，所述纳米Ti化粒子的乙醇溶液的溶度为%，浸泡时间为5min。纳米 Ti02粒子的粒径为50nm。
[0017] 进一步地，所述纳米Ti化粒子的乙醇溶液的溶度为3wt%，浸泡时间为4min。纳米 Ti02粒子的粒径为50nm。
[001引本发明的优点有：
[0019] 1.本发明制备出了具有微纳复合粗糖结构的超疏水侣表面，其既具优异的疏水 性、防雾、防结霜、防结冰性能。
[0020] 2.经过酸刻蚀和纳米浸涂两步相结合的方法，使构成的侣表面具有微纳复合粗糖 结构，超疏水疏水性能优异。
[0021] 3.超疏水侣表面制备所用的原料易得，廉价，可适用大面积施工制备。
[0022] 4.合成的超疏水表面机械稳定性强，具有很好的实用价值。
【具体实施方式】
[0023] 实例 1
[0024] 1、将侣片侣片用砂纸打磨，分别用丙酬、乙醇超声清洗lOmin，再用蒸馈水清洗，去 除侣片表面的油污，在l〇〇°C烘箱中烘干。
[0025] 2、将干净的侣片放入3mol/L的盐酸溶液中室溫下刻蚀20min后，将侣片取出，用大 量的蒸馈水清洗，停止反应。用超声清洗后在烘箱中干燥。
[00%] 3、将步骤2中得到的侣片浸入到粒径为100皿，Iwt%的纳米Ti化乙醇溶液中2min， 取出后在马弗炉中300°C下反应化，将纳米Ti化接枝到侣表面。
[0027] 4、在步骤3中的侣片浸涂在0.5wt %的十Ξ氣辛基Ξ乙氧基硅烷乙醇溶液中化，取 出后150°C固化化，得到超疏水涂层。
[0028] 对其进行水的静态接触角、滚动角测试、防结霜防结冰测试W及机械稳定性测试， 其结果如表1所示
[0029] 实例2
[0030] 1、将侣片用砂纸打磨，分别用丙酬、乙醇超声清洗lOmin，再用蒸馈水清洗，去除侣 片表面的油污，在l〇〇°C烘箱中烘干。
[0031] 2、将干净的侣片放入3mol/L的盐酸溶液中室溫下刻蚀20min后，将侣片取出，用大 量的蒸馈水清洗，停止反应。用超声清洗后在烘箱中干燥。
[0032] 3、在步骤2中的侣片浸涂在Iwt%的十Ξ氣辛基Ξ乙氧基硅烷乙醇溶液中比，取出 后150°C固化化，得到超疏水涂层。
[0033] 对其进行水的静态接触角、滚动角测试、防结霜防结冰测试W及机械稳定性测试， 其结果如表1所示。
[0034] 实例3
[0035] 1、将侣片用砂纸打磨，分别用丙酬、乙醇超声清洗lOmin，再用蒸馈水清洗，去除侣 片表面的油污，在l〇〇°C烘箱中烘干。
[0036] 2、将干净的侣片放入2mol/L的硫酸溶液中室溫下刻蚀40min后，将侣片取出，用大 量的蒸馈水清洗，停止反应。用超声清洗后在烘箱中干燥。
[0037] 3、将步骤2中得到的侣片浸入到粒径为50nm，Iwt %的纳米Ti化乙醇溶液中2min， 取出后在马弗炉中300°C下反应化，将纳米Ti化接枝到侣表面。
[0038] 4、在步骤3中的侣片浸涂在3wt%的十Ξ氣辛基Ξ乙氧基硅烷乙醇溶液中化，取出 后150°C固化化，得到超疏水涂层。
[0039] 对其进行水的静态接触角、滚动角测试、防结霜防结冰测试W及机械稳定性测试， 其结果如表1所示。
[0040] 实例4
[0041] 1、将侣片用砂纸打磨，分别用丙酬、乙醇超声清洗lOmin，再用蒸馈水清洗，去除侣 片表面的油污，在l〇〇°C烘箱中烘干。
[0042] 2、将干净的侣片放入3mol/L的盐酸溶液中室溫下刻蚀20min后，将侣片取出，用大 量的蒸馈水清洗，停止反应。用超声清洗后在烘箱中干燥。
[0043] 3、将步骤2中得到的侣片浸入到粒径为50nm，3wt%的纳米Ti化丙酬溶液中2min， 取出后在马弗炉中300°C下反应4h，将纳米Ti化接枝到侣表面。
[0044] 4、步骤3中的侣片浸涂在Iwt%的十屯氣癸基Ξ乙氧基硅烷乙醇溶液中化，取出后 150°C固化化，得到超疏水涂层。
[0045] 对其进行水的静态接触角、滚动角测试、防结霜防结冰测试W及机械稳定性测试， 其结果如表1所示。
[0046] 实例5
[0047] 1、将侣片用砂纸打磨，分别用丙酬、乙醇超声清洗lOmin，再用蒸馈水清洗，去除侣 片表面的油污，在l〇〇°C烘箱中烘干。
[004引 2、将干净的侣片放入3mol/L的盐酸溶液中室溫下刻蚀20min后，将侣片取出，用大 量的蒸馈水清洗，停止反应