一种制备具有木材反向结构环氧树脂表面的方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种制备具有木材反向结构环氧树脂表面的方法，具体涉及一种利用生物模版印刷法在环氧树脂基底上制备木材反向结构表面的方法。

背景技术：

环氧树脂作为一种性能优良的热固性树脂，具有较好的物理化学性能，良好的介电性能、电绝缘性及尺寸稳定性能。但纯的环氧树脂是亲水性聚合物，即使通过低表面能物质修饰后，也体现出亲水性，限制了环氧树脂的应用。目前，环氧树脂的疏水性改性主要通过加入其他物质构造复合材料疏水涂层。王春齐等采用真空袋压法制备含CaCO3/环氧树脂表面功能层复合材料，再通过化学刻蚀与表面修饰，制备出超疏水表面，(王春齐等，玻璃纤维增强环氧复合材料上超疏水表面层的制备[J]，功能材料，2012，43(11):1438-1442)。王金燕等利用在环氧树脂与PMMA中掺加SiO2来构造疏水表面(王金燕.PMMA-SiO2、环氧树脂-SiO2复合超疏水薄膜的制备及浸润性研究[D].河南大学,2011.DOI:10.7666/d.d146262.)。上述方法都是将环氧树脂与其他物质复合，未对单独的环氧树脂的疏水性进行研究，且工艺繁琐，构成的特殊形貌均为人工制备，有很大的局限性，很难达到自然界疏水生物体经进化得到的特殊精细微纳米结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制备具有木材反向结构环氧树脂表面的方法，该方法高程度借鉴自然，制得性能优良的木材反向结构环氧树脂表面。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种制备具有木材反向结构环氧树脂表面的方法，具体步骤如下：

步骤1，将木材置于非氧化性气氛烧结炉中烧结，烧结温度不低于600℃，升温速率低于3℃/min，制得具有木材结构的多孔碳；

步骤2，按环氧树脂：异丙醇的体积比为4：1稀释环氧树脂，在60～80℃下，将稀释后的环氧树脂与固化剂按体积比为1～4：1搅拌混合均匀；

步骤3，将多孔碳覆盖在环氧树脂与固化剂的混合物的表面，15～20℃下固化12～20小时，固化结束后，将多孔碳揭开，得到具有木材反向结构环氧树脂表面；

步骤4，将具有木材反向结构环氧树脂浸入氟硅烷和异丙醇体积比为1:4～8的混合液中，浸泡2～15天后取出干燥，制得疏水的具有木材反向结构的环氧树脂表面。

优选地，步骤1中，所述的木材为微观结构明显且孔径大小较均匀的木材，优选白松木等，所述的烧结温度为600～800℃，所述的升温速率为1～2℃/min。

优选地，步骤2中，所述的环氧树脂与固化剂比例为1：1，所述混合温度为65℃。

优选地，步骤4中，所述的氟硅烷和异丙醇体积比为1:6，所述的浸泡时间为2～10天。

本发明利用天然木材为模版，将其在非氧化性气氛中烧结，形成具有木材微观构造的多孔碳，再将多孔碳轻放在正在固化的环氧树脂表面，环氧树脂进入了木碳孔径中，随着时间增加，环氧树脂逐渐固化，固化成型后，将多孔碳缓慢揭开，形成与木材多孔结构凸凹相反的表面，最后将该表面在氟硅烷溶液中浸泡，氟硅烷通过水解和缩聚在环氧树脂表面形成极薄的覆盖层，并没有破坏已经形成的凸起表面结构，在反向凸起结构和覆盖层的共同作用下可使环氧树脂表面具有疏水性。当水珠落在上面时，相邻凸起间隙中的空气会被锁定成极薄的空气层，水只与凸起形成点接触，减少了接触面积，提高了表面的疏水性。

本发明所制得的环氧树脂表面高程度的借鉴自然，利用模版印刷法复制了木材的微观构造，所得形貌为木材孔径的反向结构，修饰后具有优异的超疏水性能。本发明将环氧树脂由亲水材料变为超疏水材料，拓宽了其应用范围。在涂料应用中，环氧树脂超疏水表面涂料可用于户外设备、高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上，有效提高了材料的耐候性，能给个有效地避免因雨雪等天气造成的电子产品表面腐蚀和短路。

附图说明

图1是实施例1中制得的白松木结构多孔径结构图。

图2是实施例1中在环氧树脂基底上制得的木材反向结构的微观构造图。

图3是实施例1中未修饰改造的环氧树脂基底表面的接触角图。

图4是实施例1中在环氧树脂基底上制得的具有木材反向结构超疏水表面的接触角图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

步骤1，将白松木置于木材碳化炉中以1℃/分钟的升温速率加热至800℃，制得具有白松木结构的多孔碳；

步骤2，按环氧树脂：异丙醇的体积比为4：1稀释环氧树脂，在65℃下，将稀释后的环氧树脂与固化剂按体积比为1：1搅拌混合均匀；

步骤3，将多孔碳轻覆盖在环氧树脂表面，让环氧树脂表面与多孔碳表面紧密接触，20℃下固化12小时，环氧树脂冷却固化后，将轻覆在表面上的多孔碳揭开，则在环氧树脂表面留下多孔碳的反向结构；

步骤4，将拓印后的环氧树脂表面干燥，浸入氟硅烷和异丙醇体积比为1：6的混合液中浸泡2天后取出干燥，制得超疏水的具有木材反向结构的环氧树脂表面。

图1为制得的多孔碳微观结构的扫描电镜照片，可见白松木结构呈蜂窝状孔径排列整齐大小均匀。图2为拓印后的环氧树脂表面微观结构扫描电镜照片，表面形成了与白松孔径结构相反的凸起，且凸起大小与排列规律与白松孔径相吻合，说明拓印高程度的借鉴自然，基本复制了白松的孔径结构。图3为未拓印修饰的环氧树脂表面与水的接触角θ接触角＝76°，说明环氧树脂原本为亲水材料。图4为制得的木材反向结构的环氧树脂表面与水的接触角，θ接触角＝154°，得到超疏水性表面。

实施例2

步骤1，将白松木置于木材碳化炉中以2℃/分钟的升温速率加热至600℃，制得具有白松木结构的多孔碳；

步骤2，按环氧树脂：异丙醇的体积比为4：1稀释环氧树脂，在80℃下，将稀释后的环氧树脂与固化剂按体积比为1：1搅拌混合均匀；

步骤3，将多孔碳轻覆盖在环氧树脂表面，让环氧树脂表面与多孔碳表面紧密接触，15℃下固化20小时，环氧树脂冷却固化后，将轻覆在表面上的多孔碳揭开，则在环氧树脂表面留下多孔碳的反向结构；

步骤4，将拓印后的环氧树脂表面干燥，浸入氟硅烷和异丙醇体积比为1：8的混合液中浸泡15天后取出干燥，制得超疏水的具有木材反向结构的环氧树脂表面。

实施例3

步骤1，将柳桉木置于木材碳化炉中以3℃/分钟的升温速率加热至800℃，制得具有柳桉木结构的多孔碳；

步骤2，按环氧树脂：异丙醇的体积比为4：1稀释环氧树脂，在60℃下，将稀释后的环氧树脂与固化剂按体积比为4：1搅拌混合均匀；

步骤3，将多孔碳轻覆盖在环氧树脂表面，让环氧树脂表面与多孔碳表面紧密接触，20℃下固化12小时，环氧树脂冷却固化后，将轻覆在表面上的多孔碳揭开，则在环氧树脂表面留下多孔碳的反向结构；

步骤4，将拓印后的环氧树脂表面干燥，浸入氟硅烷和异丙醇体积比为1：4的混合液中浸泡10天后取出干燥，制得超疏水的具有木材反向结构的环氧树脂表面。