本发明涉及一种超疏水涂层的制备方法，具体涉及一种稳定可修复氧化锌/聚硅氧烷超疏水涂层的制备方法。
背景技术：
固体表面的润湿性是非常重要的性质，由表面的化学组成和几何微结构产生的。超疏水材料通常被定义为表面的静态水接触角(wca)大于150°和滚动角(sa)小于10°的材料。超疏水材料具有极其优越的性能，在防雾、防冰、自清洁、油水分离、流体减阻等领域有广泛的应用前景。因此对超疏水现象和制备方法进行研究具有重要的实际意义。近年来，随着对自然界超疏水现象(如“荷叶效应”等)研究的逐步深入，人们发现材料表面的浸润性主要由其表面微观结构和化学成分共同决定，超疏水材料的制备需要粗糙度和低表面能物质相结合。因此，两种思路被用于构建超疏水表面：一是在低表面能物质上构建粗糙的微/纳结构，二是在粗糙的表面上修饰低表面能的化学物质。随着近年来的不断发展，越来越多方法被用于超疏水涂层制备：如溶胶-凝胶法、喷涂法、相分离法、电纺法和层层自组装法等。许多超疏水涂层制备方法已趋于成熟，但大部分超疏水特性的产品制备过程较为繁琐、工艺条件苛刻，有些需要昂贵的低表面能物质或是所制备的超疏水表面耐久性、耐化学稳定性、耐磨性、耐高温性不足，限制了其在实际生活生产中的广泛应用。
zhang等(zhangx,siy,moj,etal.robustmicro-nanoscaleflowerlikezno/epoxyresinsuperhydrophobiccoatingwithrapidhealingability[j].chemicalengineeringjournal,2017,313:1152-1159)利用化学蚀刻法制备出了机械性能良好的氧化锌/环氧树脂超疏水涂层，首先将氧化锌和环氧树脂按照一定比例混合，通过滴涂法在基片表面固化，然后利用乙酸蚀刻成微纳结构，最后利用硬脂酸修饰得到超疏水表面；wu等(wuy,jias,qingy,etal.aversatileandefficientmethodtofabricatedurablesuperhydrophobicsurfacesonwood,lignocellulosicfiber,glass,andmetalsubstrates[j].journalofmaterialschemistrya,2016,4(37):14111-14121)利用水热法制备出了机械性能较好的超疏水涂层，将基片(如木块，玻璃等)、纳米二氧化钛颗粒、乙烯基三乙氧基硅烷和氢氧化钠分散在无水乙醇中，然后在100℃下反应1.5小时，基片经冲洗、干燥，即得到超疏水涂层。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种稳定可修复超疏水涂层的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，一种稳定可修复氧化锌/聚硅氧烷超疏水涂层的制备方法，选用分析纯的氧化锌颗粒为涂层提供粗糙度，无水乙醇为溶剂，硬脂酸作为氧化锌颗粒的疏水修饰剂，甲基三乙氧基硅烷单体经水解缩聚，生成网状结构的甲基聚硅氧烷，为复合涂层提供稳定结构，聚二甲基硅氧烷则提升超疏水涂层对紫外光的抵抗力。具体包括以下步骤：
1)称取氧化锌颗粒，分散在无水乙醇中，随后加入硬脂酸颗粒，磁力搅拌，得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液；
2)在步骤1)得到的硬脂酸疏水氧化锌分散液中，加入甲基三乙氧基硅烷单体和去离子水，磁力搅拌，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液；
3)在步骤2)中得到的疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液中加入聚二甲基硅氧烷和sylgard184-b固化剂，磁力搅拌，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液/聚二甲基硅氧烷分散液；
4)将步骤3)中所得疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液/聚二甲基硅氧烷分散液用滤网过滤去除不溶于乙醇的聚二甲基硅氧烷颗粒，得到超疏水分散液；
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液滴涂在玻璃基片上，置于烘箱中进行干燥，即可得到超疏水涂层。
优选的，步骤1)中氧化锌颗粒质量为1-4g，无水乙醇体积5-20ml，硬脂酸质量0.1-1g，磁力搅拌反应时间为3小时，温度在室温下即可。
优选的，步骤2)中甲基三乙氧基硅氧烷的加入量为1-3g，去离子水加入量1-3g，磁力搅拌时间为2-4小时、温度为30-50℃。
优选的，步骤3)中聚二甲基硅氧烷的加入量为0.05-0.3g，sylgard184-b固化剂的加入量为0.005-0.03g，磁力搅拌时间为0.1-1小时、温度为30-50℃。
优选的，步骤4)中使用的滤网为60-100目。
优选的，步骤5)中干燥是指先在60-100℃下干燥6-15小时，然后在100-160℃下干燥1-3小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明设计的氧化锌/聚硅氧烷超疏水涂层，舍弃常用的纳米颗粒，利用廉价的氧化锌颗粒来构建粗糙度；疏水剂也是较为常见和环保的硬脂酸和聚硅氧烷，不含有毒且昂贵的含氟试剂；
(2)当本发明设计的氧化锌/聚硅氧烷超疏水涂层受到强酸强碱破坏时，具有较好的修复性；修复过程简单快速，只需简单的砂纸摩擦，且修复过程可以重复多次。
(3)本方法制备方法简单，不需要复杂的实验流程和设备，反应条件温和；制得的超疏水涂层性能稳定，具有良好的实用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的超疏水涂层的疏水性能随摩擦距离的变化趋势图。
图2为本发明实施例2中制备的超疏水涂层的ft-ir测试结果图。
图3为本发明实施例3中制备的超疏水涂层的疏水性能在不同uv照射时间下的变化趋势图。
图4为本发明实施例4中制备的超疏水涂层的疏水性能在不同温度范围下的变化趋势图。
图5为本发明实施例5中制备的超疏水涂层在强酸作用下破坏-修复过程中的接触角变化趋势图。
图6为本发明实施例6中制备的超疏水涂层在强碱作用下破坏-修复过程的接触角变化趋势图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求的保护的限制。
实施例1
1)称取1g氧化锌颗粒，分散在15ml无水乙醇中，随后加入0.1g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入1g甲基三乙氧基硅烷单体和1g去离子水，在30℃下磁力搅拌反应2小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中加入0.05g聚二甲基硅氧烷和0.05gsylgard184-b固化剂，在30℃下磁力搅拌分散0.1小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用60目滤网过滤去除不溶的聚二甲基硅氧烷颗粒，得到均匀的超疏水分散液。
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中60℃干燥10小时，随后升温至100℃，继续干燥1小时，即可到超疏水涂层。将涂覆好的玻璃样品(2.5cm*3cm)倒置在800目金刚石砂纸上，然后在其上放置200g砝码，在沿着直尺在砂纸以1cm/s的速度移动，测试不同摩擦距离下的样品的水接触角(wca)和滚动角(sa)，如图1所示，可以看到在320cm的摩擦距离范围内，涂层样品一直都保持水的接触角(wca)大于150°，滚动角(sa)小于10°，表明该超疏水涂层具有良好的耐磨性能。
实施例2
1)称取2.8g氧化锌颗粒，分散在15ml无水乙醇中，随后加入0.35g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，便得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入2.5g甲基三乙氧基硅烷单体和1.8g去离子水，在40℃下磁力搅拌反应3小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中，加入0.2g聚二甲基硅氧烷和0.02gsylgard184-b固化剂，在40℃下磁力搅拌分散0.5小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用80目滤网过滤去除不溶的聚二甲基硅氧烷颗粒，即可得到均匀的超疏水分散液。
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中，80℃下干燥12小时，随后升温至140℃，干燥2小时，即可到超疏水涂层。将涂层用清洁刀片刮下，利用溴化钾压片进行ft-ir测试，结果如图2，由图可见，2916cm-1和2848cm-1吸收峰归属于-ch3和-ch2基团的振动吸收峰，表明涂层具有低表面能；1540cm-1和1460cm-1归属于c＝o基团的吸收峰，表明了硬脂酸对氧化锌颗粒的成功修饰；3446cm-1处的吸收峰则是由甲基三乙氧基硅烷水解形成的-oh所致；1272cm-1和779cm-1处的吸收峰归属于si-ch3基团；1124cm-1和1029cm-1处则归属于si-o-si键，表明甲基三乙氧基硅烷水解聚合。
实施例3
1)称取4g氧化锌颗粒，分散在20ml无水乙醇中，随后加入1g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入3g甲基三乙氧基硅烷单体和3g去离子水，在50℃下磁力搅拌反应4小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中加入0.3g聚二甲基硅氧烷和0.03gsylgard184-b固化剂，在50℃下磁力搅拌分散1小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用100目滤网过滤去除较大的不溶乙醇的聚二甲基硅氧烷颗粒，即可得到均匀的超疏水分散液
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中100℃下干燥15小时，随后升温至160℃，继续干燥3小时，即可到超疏水涂层。将超疏水涂层放置在紫外光照射的环境中，测量涂层疏水性能随uv照射时间的变化趋势，结果如图3所示，其中uv光源功率300w，中心波长365nm，光源与涂层之间的距离6cm。由图3可见，uv光照24小时后，仍然保持较好的超疏水性，水静态接触角(wca)为153.8°，水滚动角(sa)为2.8°。
实施例4
1)称取2.8g氧化锌颗粒，分散在20ml无水乙醇中，随后加入0.35g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入3g甲基三乙氧基硅烷单体和1.8g去离子水，在40℃下磁力搅拌反应3小时，疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中加入0.3g聚二甲基硅氧烷和0.03gsylgard184-b固化剂，在40℃下磁力搅拌分散1小时，疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用100目滤网过滤去除较大的不溶于乙醇的聚二甲基硅氧烷颗粒，即可得到均匀的超疏水分散液
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中100℃干燥12小时，随后升温至160℃，继续干燥2小时，即可到超疏水涂层。将超疏水涂层样品置于4℃-240℃的环境中，分别保持2小时，测量环境温度对涂层疏水性能的影响，结果如图4所示，由图可知，在4℃-240℃温度区间里，涂层能够一直保持自身的超疏水性。
实施例5
1)称取2.8g氧化锌颗粒，分散在15ml无水乙醇中，随后加入0.35g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，便得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入2.5g的甲基三乙氧基硅烷单体和1.8g去离子水，在40℃下磁力搅拌反应3小时，疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中加入0.2g的聚二甲基硅氧烷和0.02gsylgard184-b固化剂，在40℃下磁力搅拌分散0.5小时，疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用80目滤网过滤去除较大的不溶于乙醇的聚二甲基硅氧烷颗粒，即可得到均匀的超疏水分散液。
5)将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中80℃干燥12小时，随后升温至140℃，继续干燥2小时，即可到超疏水涂层。将所得超疏水涂层浸入1m盐酸溶液中1分钟，如图5所示，该涂层失去超疏水性能，但经过简单的砂纸摩擦40cm之后，该涂层重新恢复超疏水性，破坏-修复过程可以重复6次。
实施例6
1)称取2.8g氧化锌颗粒，分散在15ml无水乙醇中，随后加入0.35g硬脂酸颗粒，磁力搅拌反应3小时，得到硬脂酸修饰的疏水氧化锌分散液。
2)在步骤1)中制备的硬脂酸氧化锌分散液中，加入2.5g甲基三乙氧基硅烷单体和1.8g去离子水，在40℃下磁力搅拌反应3小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷分散液。
3)在步骤2)中得到的分散液中加入0.2g聚二甲基硅氧烷和0.02gsylgard184-b固化剂，在40℃下磁力搅拌分散0.5小时，得到疏水氧化锌/甲基聚硅氧烷/聚二甲基硅氧烷分散液。
4)将步骤3)中所得分散液用80目滤网过滤去除不溶的聚二甲基硅氧烷颗粒，得到均匀的超疏水分散液。
将步骤4)中所得的超疏水分散液均匀的滴涂在玻璃片上，置于烘箱中80℃干燥12小时，随后升温至140℃，继续干燥2小时，即可到超疏水涂层。将所得超疏水涂层浸入1m氢氧化钠溶液中1分钟，如图6所示，该涂层失去超疏水性能，但经过简单的砂纸摩擦40cm之后，该涂层重新恢复超疏水性，破坏-修复过程可以重复6次。