专利名称：超疏水铝材/锌材及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料表面处理领域，尤其涉及一种超疏水铝材/锌材及其制备方法和应用。
背景技术：
液滴对超疏水表面具有不浸润性，在具有超疏水表面的材料上能够保持球状而且容易滚落，并能在滚落过程中将灰尘等污染物清理出去。由于超疏水表面的自清洁特性，使得其在抗腐蚀材料、材料表面减阻等领域有着潜在的应用价值，因此受到了来自工业界和科研界科研人员的广泛关注。通过研究发现，实现材料表面的超疏水性能需要满足两个条件1.该表面具有较高的表面粗糙度；2.该表面具有较低的表面自由能。铝材和锌材在日常生活中都有着广泛的应用，涉及到民用、工业及军用等领域。在应用的过程中铝材和锌材面临着各种各样的环境，比如海水环镜、低温环境等，对其应用的稳定性造成了很大的破坏。若铝材或锌材具有超疏水性，则可以有效的减小铝材和锌材表面的腐蚀，并且可以有效地提高铝材和锌材的抗低温的能力及自清洁的能力。更具体地，超疏水铝材或锌材若应用于舰船表面可以有效减小舰船在水中运行中的阻力和抗海水腐蚀的能力，应用于管道的内壁则可有效的减少水在传输过程的阻力，应用于电线外壁则可有效提高电线的抗低温能力及自清洁能力。因此，超疏水铝材或锌材有很广泛的应用前景。超疏水铝材或锌材的制备方法往往相对复杂，并且制备过程中通常采用喷砂粗糙法、酸液腐蚀法、碱液腐蚀法及混合液腐蚀法等来获得粗糙的表面，以上各种粗糙处理方法或涉及到水滴在材料表面粘滞的问题，或涉及到化学液处理的问题，不利于具有超疏水表面的铝材或锌材大规模的推广使用。
发明内容
为了解决超疏水铝材/锌材大规模推广过程中遇到的难题，如制备方法复杂、成本高等缺陷，以实现超疏水铝材/锌材在管道表面、舰船表面以及工程器械表面等的大规模应用。本发明的目的之一在于提供一种超疏水铝材/锌材的制备方法。本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备的超疏水铝材/锌材。本发明的还有一目的在于提供上述超疏水铝材/锌材在管道外壁、舰船的表面或电线外壁中的应用。为了实现本发明的目的，本发明提供了一种超疏水铝材/锌材的制备方法，其包括如下步骤(I)清洗处理将铝材/锌材在丙酮及酒精中进行超声清洗，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中所得的待处理件置于50 100°C的水中O. 5 4h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中所得的待处理件作低表面能物质修饰处理。优选地，所述步骤(3)为将步骤(2)中所得的待处理件采用化学气相沉积法或浸润法作低表面能物质修饰处理。更优选地，采用化学气相沉积法的具体步骤为将步骤(2)中所得的待处理件和低表面能物质不直接接触地置于密闭容器中，并所述密闭容器在8(T15(TC下保温O. 5 3h，其中所述低表面能物质为低沸点含氟硅烷正己烷或甲苯溶液。更优选地，采用浸润法的具体步骤为将步骤(2)中所得的待处理件浸泡在浓度为O. 00Γ0. 01mol/L的硫醇或脂肪酸的酒精溶液中30min 12h。进一步地，所述低表面能物质为体积分数为0. I 5%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液。进一步地，所述硫醇为正十二硫醇或正十八硫醇或全氟癸烷硫醇，所述脂肪酸为 月桂酸或肉桂酸或硬脂酸。优选地，所述步骤(I)中的超声功率为50 100W，超声时间为5 30min。优选地，所述步骤(2)为将步骤(I)中所得的待处理件置于80°C的水中2h。本发明还提供了一种由上述任一项方法制备的超疏水铝材/锌材，所述超疏水铝材具有纳米片状丝叶状的表面结构，所述超疏水锌材具有纳米尺度的紧密粗糙突起的表面结构，水滴在所述铝材/锌材表面的接触角为140° 170°，滚动角小于10°。本发明还提供上述超疏水铝材/锌材在管道外壁、舰船的表面或电线外壁中的应用。本发明对铝材/锌材作表面粗糙处理以获得粗糙有序的表面，并对具有粗糙表面的铝材/锌材作低表面能物质修饰处理以降低铝材/锌材表面的表面能，从而使铝材/锌材具有超疏水性，液滴在超疏水招材/锋材的表面的接触角可提闻至170°左右，滚动角可降低至10°以下，其表面具有超疏水的效果。本发明采用的方法工艺简单、重复好、成本低廉。本发明制备出的超疏水铝材/锌材可适用于不同场合，包括管道外壁、舰船的表面或电线外壁等，可有效提高其疏水性、自清洁性与抗冰冻性能，增加其户外使用寿命。
图I为本发明一种超疏水铝材/锌材制备方法的流程图。图2为采用本发明方法制备出的超疏水铝材的表面形貌。图3为采用本发明方法制备出的超疏水锌材的表面形貌。图4为采用本发明方法制备出的超疏水铝材的表面接触水滴的状态图。图5为采用本发明方法制备出的超疏水锌材的表面接触水滴的状态图。
具体实施例方式为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图1，为本发明一种超疏水铝材/锌材制备方法的流程图。该方法的流程如下 第一步清洗处理将铝材/锌材在丙酮及酒精中依次进行超声清洗，得到待处理件。优选地,超声功率为50 100W，超声时间为5 30min。第二步表面粗糙处理将第一步中得到的待处理件置于50 100°C的水中O. 5 4h，得到粗糙有序的表面。优选地，将第一步中得到的待处理件置于80°C的水中2h。第三步低表面能物质修饰处理将第二步中得到的待处理件作低表面能物质修饰处理，优选地，采用化学气相沉积法或浸润法对第二步中得到的待处理件作低表面能物质修饰。更优选地，化学气相沉积法是指将第二步中所得的待处理件和低表面能物质不直接接触地置于密闭容器中，并所述密闭容器在8(Tl50°C下保温O. 5 3h，其中所述低表面能物质为低沸点含氟硅烷正己烷或甲苯溶液。进一步地，低表面能物质为体积分数为O. I 5%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液。此处提到的“不直接接触”是指待处理件没有浸泡在低表面能物质中，低表面能物质挥发后附于待处理件上。此外，此处提到的“密闭容器”是指密封的容器，该容器密封能良好，可以将置于密闭容器内的材料与外界隔绝。更优选地，浸润法是指将第二步中所得的待处理件浸泡在浓度为O. OOfO. Olmol/L的硫醇或脂肪酸的酒精溶液中30min 12h。进一步地，硫醇为正十二硫醇或正十八硫醇或全氟癸烷硫醇，脂肪酸为月桂酸或肉桂酸或硬脂酸。以上已经结合本发明的实施例详细描述了制备超疏水铝材/锌材的方法的各个步骤。实施例一(I)清洗处理将铝材依次放入丙酮及酒精中在80W的超声功率下清洗lOmin，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中得到的待处理件置于80°C的水中处理2h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中得到的待处理件和体积分数为2%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液不直接接触地置于密闭容器中，并且密闭容器在85°C下保温3h。用此方法获得的超疏水铝材的特性如下请参阅图2，如图所示，超疏水铝材具有纳米片状丝叶状的表面结构，上述结构使得其表面具有较高的粗糙度；请参阅图4，如图所示，水滴在超疏水铝材表面的接触角大于160°，滚动角小于10°，其具有超疏水状态。实施例二 (I)清洗处理将锌材依次放入丙酮及酒精中在80W的超声波下清洗lOmin，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中得到的待处理件置于90°C的水中处理3h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中得到的待处理件和体积分数为2%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液不直接接触地置于密闭容器中，并且密闭容器在85°C下保温3h。用此方法获得的超疏水锌材的特性如下
请参阅图3,如图所示,超疏水锌材具有纳米尺度的紧密粗糙突起的表面结构；请参阅图5,如图所示,水滴在超疏水锌材表面的接触角为14(Tl55°，滚动角为5^10°，其具有超疏水状态。实施例三(I)清洗处理将铝材依次放入丙酮及酒精中在60W的超声波下清洗20min，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中得到的待处理件置于90°C的水中处理3h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中得到的待处理件浸泡在浓度为 O. 01mol/L的正十八硫醇的酒精溶液中4h。用此方法获得的超疏水铝材的特性如下具有纳米片状丝叶状的表面结构；水滴在超疏水铝材表面的接触角大于160°，滚动角小于5°，其具有超疏水状态。实施例四(I)清洗处理将锌材依次置于丙酮及酒精中在80W的超声波下清洗20min，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中得到的待处理件置于70°C的水中处理2h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中得到的待处理件浸泡在浓度为O. 003mol/L的月桂酸的酒精溶液中4h。用此方法获得的超疏水锌材的特性如下具有纳米尺度的紧密粗糙突起结构；水滴在超疏水锌材表面的接触角14(Γ165°，滚动角5 10°，其具有超疏水状态。实施例五(I)清洗处理将铝材依次放入丙酮及酒精中在70W的超声功率下清洗lOmin，得到待处理件；(2)表面粗糙处理将步骤(I)中得到的待处理件置于80°C的水中处理4h ；(3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中得到的待处理件和体积分数为4%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液不直接接触地置于密闭容器中，并且密闭容器在80°C下保温2h。用此方法获得的超疏水铝材的特性如下具有纳米片状丝叶状的表面结构；水滴在超疏水铝材表面的接触角为160° 170°，滚动角小于10°，其具有超疏水状态。虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。
权利要求
1.一种超疏水铝材/锌材的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)清洗处理将铝材/锌材在丙酮及酒精中依次进行超声清洗，得到待处理件； (2)表面粗糙处理将步骤(I)中所得的待处理件置于50 100°C的水中O.5 4h ; (3)低表面能物质修饰处理将步骤(2)中所得的待处理件作低表面能物质修饰处理。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)为将步骤(2)中所得的待处理件采用化学气相沉积法或浸润法作低表面能物质修饰处理。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法的具体步骤为将步骤 (2)中所得的待处理件和低表面能物质不直接接触地置于密闭容器中，并所述密闭容器在8(T15(TC下保温O. 5 3h，其中所述低表面能物质为低沸点含氟硅烷正己烷或甲苯溶液。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用浸润法的具体步骤为将步骤(2)中所得的待处理件浸泡在浓度为O. 00Γ0. 01mol/L的硫醇或脂肪酸的酒精溶液中30min 12h。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低表面能物质为体积分数为O.I 5%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硫醇为正十二硫醇或正十八硫醇或全氟癸烷硫醇，所述脂肪酸为月桂酸或肉桂酸或硬脂酸。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的超声功率为50 100W，超声时间为5 30min。
8.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)为将步骤(I)中所得的待处理件置于80°C的水中2h。
9.一种由权利要求I 8任一项所述的方法制备的超疏水铝材/锌材，其特征在于，所述超疏水铝材具有纳米片状丝叶状的表面结构，所述超疏水锌材具有纳米尺度的紧密粗糙突起的表面结构，水滴在所述铝材/锌材表面的接触角为140° 170°，滚动角小于10°。
10.权利要求9所述的超疏水铝材/锌材在管道外壁、舰船的表面或电线外壁中的应用。
全文摘要
本发明提供了一种超疏水铝材/锌材及其制备方法和应用，该方法的工艺步骤为将铝材/锌材在丙酮及酒精中依次进行超声清洗，得到待处理件；将上一步中得到的待处理件置于50～100℃的水中0.5～4h；将上一步中得到的待处理件进一步作低表面能物质修饰处理。用该方法制备的超疏水铝材具有纳米片状丝叶状的表面结构，超疏水锌材具有纳米尺度的紧密粗糙突起的表面结构，水滴在铝材/锌材表面的接触角为140°~170°，滚动角小于10°。本发明采用的方法工艺简单、重复好、成本低廉。本发明制备出的超疏水铝材/锌材可适用于管道外壁、舰船的表面或电线外壁等，可有效提高其疏水性、自清洁性与抗冰冻性能，增加其户外使用寿命。
文档编号B05D3/10GK102962188SQ201210416998
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者杨周, 许小亮, 叶逸凡, 吴以治, 公茂刚 申请人:中国科学技术大学