[发明专利]一种有机-无机杂化梯度润湿涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及梯度润湿涂层，特别是涉及一种有机-无机杂化梯度润湿涂层及其制备方法。

背景技术

梯度润湿涂层在促进液滴和微流体移（流）动以及强化气相滴状凝结换热过程和微热管散热性能方面有潜在应用。气相滴状凝结换热是较为有效的冷却手段之一被应用于众多领域，滴状凝结因其具有高效的换热效率逐渐代替传统的膜状凝结。在滴状凝结过程中，凝结表面的梯度表面能变化--即在该表面上沿液滴移动方向的表面亲/疏水性连续变化，可促进液滴移动、聚并长大和脱落，从而强化该冷凝换热过程。

公开号为CN101266110A的中国发明专利申请公开了一种具有梯度润湿表面的微型热管阵列芯片的制备方法。该方法是利用MEMS(微机电加工系统)技术制造三角型微槽阵列，然后将预先配制好的烷基三氯硅烷的乙醇溶液延槽长度方向浸润槽道，使乙醇溶液依次通过蒸发段、绝热段和冷凝段，因槽道内表面各段的浸润时间不同而使得各段对烷基三氯硅烷的吸附浓度也不同，以此改变固体表面的自由能，使得热管内表面的固液接触角（润湿性）沿蒸发段、绝热段和冷凝段呈轴向阶梯分布，从而通过改变热管内表面的亲疏水分布特性来提高热管的流体流动和换热性能。该方法采用烷基三氯硅烷的自组装构造梯度表面，其底材需为硅片，这对该梯度表面的使用具有一定的限制性。

发明内容

为解决上述技术中关于梯度润湿涂层使用时受底材限制的缺陷，本发明的目的在于提出一种有机-无机杂化材料梯度润湿涂层及其制备方法，是以高分子聚合物的方式制备梯度润湿涂层，尤其是有机-无机杂化可使其高分子聚合物梯度润湿涂层材料耐性水增强，涂膜硬度均大于6H，附着力为0级。

本发明在制备过程中，首先采用溶胶-凝胶法将含有碳碳双键类有机硅氧烷偶联剂与正硅酸乙酯进行共水解缩合得到硅溶胶，然后利用此硅溶胶与反应型亲水性单体进行自由基聚合反应得到有机-无机杂化亲水材料，或者仅以反应型亲水单体进行自由基聚合得到有机-无机杂化亲水材料；再以反应型亲水性单体、丙烯酸酯类含氟单体共聚，制备出丙烯酸类含氟聚合物，共聚时也可加入丙烯酸酯类单体；最后将底材浸润在有机-无机杂化亲水材料中，用减速装置夹住底材缓慢往上拉动，同时向有机-无机杂化亲水材料中依次缓慢滴加或一次性加入固化剂及丙烯酸类含氟聚合物，得到涂膜后的底材；最后将涂膜后的底材置于烘箱中进行固化交联，即得到有机-无机杂化梯度润湿涂层。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

（1）采用溶胶-凝胶法将硅氧烷偶联剂与正硅酸乙酯进行共水解缩合得到硅溶胶；所述硅烷偶联剂为R’(CH₂)_nSi(OR)₃，其中n=0、1、2或3，OR为可水解的烷氧基，R’为带有碳碳双键类的有机链段；

（2）以质量份数计，将0份～38份上述硅溶胶、10份～20份的反应型亲水性单体、0.3份～0.7份的偶氮二异丁腈加入到50份～90份的无水乙醇中，在温度75℃～85℃下进行自由基聚合反应，反应时间为4h～8h，得到有机-无机杂化亲水材料；所述反应型亲水性单体为含有-OH、-CONH₂、-COOH或-SO₃H亲水基团的碳碳双键单体；

（3）以质量份数计，将1份～20份上述反应型亲水单体、0份～15份的丙烯酸酯单体、0.2份～3.0份的丙烯酸酯类含氟单体、0.5份～0.7份的偶氮二异丁腈加入到50份～80份的无水乙醇中，在温度75℃～85℃下进行自由基聚合反应，反应时间为4h～8h，得到丙烯酸类含氟聚合物；所述丙烯酸酯类含氟单体为含有氟元素的碳碳双键单体；

（4）将预处理后的底材浸在上述有机-无机杂化亲水材料中，然后加入固化剂并搅拌，其用量为有机-无机杂化亲水材料质量的3%～20%，搅拌的同时将底材缓慢往上拉动，控制提拉速度为0.5mm/min～3mm/min，提拉时间为5min～40min，提拉完成后再向有机-无机杂化亲水材料中加入上述步骤得到的丙烯酸类含氟聚合物，其用量为有机-无机杂化亲水材料质量的10%～130%，继续提拉底材，提拉速度为0.5mm/min～3mm/min，提拉时间为5min～30min，得到涂膜后的底材；整个过程均在缓慢搅拌条件下进行，保持提拉和搅拌时体系液面无波动；所述固化剂为含有能与-OH、-CONH₂、-COOH或-SO₃H亲水基团固化交联的固化剂；所述底材为金属、玻璃或塑料；