[发明专利]超疏水纳米复合涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超疏水涂料及其制备技术领域，具体涉及一种超疏水纳米复合涂料及其制备方法。

背景技术

超疏水材料因其在防水、自清洁、船体减阻、微量液滴无损失传递、微流系统等领域中具有实际的应用价值，使其成为了最近几年来科学研究的热点。

超疏水材料通常需要达到两个要求：一是水滴在材料表面的接触角需达到150°以上，二是水滴在材料表面的滚动角需小于10°。而要使制备的超疏水材料达到这样的要求需要满足两个关键条件：一是材料表面有足够的粗糙度，特别是具有微纳米的双重尺度结构，二是材料为疏水性材料，具有足够低的表面能，即通常情况下，水滴在平滑的表面物质上的接触角能达到90°以上。为了实现这两个条件，目前的主要方法是先构筑一定程度的表面粗糙度，然后再在粗糙表面物理或化学层积一层低表面能的物质，或者直接使低表面能物质具有一定程度的表面粗糙度。对于前一类方法而言，如荷兰科学家就利用粒径为70nm的经氨化后的二氧化硅粒子与粒径为700nm的经环氧化处理的二氧化硅粒子之间的相互反应，首先得到了在大颗粒表面有许多小颗粒的双重尺度的粗糙度结构，然后在其表面修饰氨化后的聚二甲基硅氧烷从而得到具有超疏水的低表面能表面(Ming，W.，D.Wu，et al.(2005).″Superhydrophobic films fromraspberry-like particles.″Nano Letters 5(11)：2298-2301.)。而韩国科学家是通过湿化学自组装技术先将纳米尺度的碳纳米管修饰到具有微米尺度的聚苯乙烯的单层胶质晶体上面，然后用氟硅烷进行修饰得到低表面能的超疏水表面(Li，Y.，X.J.Huang，et al.(2007).″Superhydrophobic bionic surfaces with hierarchical microsphere/SWCNT compositearrays.″Langmuir 23(4)：2169-2174.)。而法国科学家则是先通过电化学层积生长得到ZnO纳米线阵列，然后对其进行硬脂酸修饰后得到了超疏水表面(Pauporte，T.，G.Bataille，et al.(2010).″Well-Aligned ZnO Nanowire Arrays Prepared by Seed-Layer-FreeElectrodeposition and Their Cassie-Wenzel Transition after Hydrophobization.″Journal ofPhysical Chemistry C 114(1)：194-202.)。但这些方法至少需要两个工艺过程，因而操作流程多，生产线长，不利于提高工业生产的工效。对于后一类方法而言，如意大利科学家通过在CF₄气氛中，用等离子刻蚀的办法在聚二甲基硅氧烷表面得到同时具有不同微纳米尺度的粗糙度以及低能量的超疏水表面(Cortese，B.，S.D′Amone，et al.(2008).″Superhydrophobicity due to the hierarchical scale roughness of PDMS surfaces.″Langmuir24(6)：2712-2718.)；美国科学家以孔径为的聚碳酸酯为模板，在疏水聚丙烯基体上面进行热处理压印，得到了超疏水聚丙烯表面(Hsu，S.H.and W.M.Sigmund(2010).″Artificial Hairy Surfaces with a Nearly Perfect Hydrophobic Response.″Langmuir26(3)：1504-1506.)；土耳其科学家通过将聚丙烯在其良溶剂和不良溶剂里面进行相分离，直接得到了表面多孔的聚丙烯超疏水表面(Erbil，H.Y.，A.L.Demirel，et al.(2003).″Transformation of a simple plastic into a superhydrophobic surface.″Science 299(5611)：1377-1380.)；中国台湾科学家通过三乙氧基甲基硅烷和四乙氧基硅烷的溶胶凝胶方法得到疏水表面(Sheen，Y.C.，W.H.Chang，et al.(2009).″Non-fluorinatedsuperamphiphobic surfaces through sol-gel processing of methyltriethoxysilane andtetraethoxysilane.″Materials Chemistry and Physics 114(1)：63-68.)。由于这些方法或需要复杂的设备仪器(等离子处理，电纺丝，模板法等)或复杂工艺手段(相分离，溶胶凝胶法等)来实现，因而局限太大，难以广泛推广应用。