[发明专利]一种超双疏自清洁表面精细纳米结构的人工种植方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有超疏水超疏油自清洁特性的精细纳米结构材料及其人工种植方法。

背景技术

超双疏表面通常是指对水相和油相的接触角均大于150°的表面。1997年，德国生物学家Neinhuis和Barthlott研究荷叶表面的电镜图片发现，荷叶表面存在精细的微纳米结构的乳突，这种由微纳米复合结构乳突所形成的粗糙表面与荷叶表面疏水性蜡状物的存在共同导致荷叶具有“出淤泥而不染”的超双疏自清洁效应。基于超双疏现象引起的防污染、防雨雪、防腐蚀、抗氧化和表面自清洁等诸多优良特性，超双疏表面在纺织物、交通信号、轮船外壳、航天飞机、各类管道、建筑材料、汽车玻璃、卫星天线等多方面具有广泛的潜在应用前景，近年来，仿生制备超双疏材料及超双疏表面引起了很多研究者的巨大兴趣。

鉴于液滴与表面的接触角不仅和表面张力有关，更和表面粗糙度密切相关，利用各种方法构建具有纳微米级粗糙度的精细纳米结构表面对制备超双疏材料显得尤为重要。在材料的表面构建纳米尺寸凹凸形状互补的微观结构，由纳米尺寸的凹的表面吸附空气，宏观上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油和水无法直接和表面完全接触，部分固液界面被气液界面代替，使接触角增大，粗糙度越高，接触角越大，当固液接触角大于150°，表面就将表现出超双疏特性。目前仿生制备超双疏表面的方法很多，主要有：等离子体技术，层层自组装，相分离法，电化学方法等。但以上方法都不适用于制备大面积的超双疏表面。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种超双疏自清洁表面精细纳米结构的人工种植方法，这是一种大面积制备超双疏自清洁表面精细纳米结构的人工种植方法，可用以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种超双疏自清洁表面精细纳米结构的人工种植方法，利用具有超双疏特性的表面精细纳米结构的主体为棒状纳米纤维素；棒状纳米纤维素纳米纤丝以静电植绒的方式在基材表面实现可控有序定向种植；植绒表面经含氟试剂修饰，自组装形成一层含氟长链烷基硅烷分子，获得超双疏自清洁表面精细纳米结构。

其具体操作步骤如下：

1）、制备棒状纳米纤维素：采用强酸水解的方法制备棒状纳米纤维素纳米纤丝：将纤维原料分散在硫酸水溶液中，在一定温度下搅拌反应一定时间，加入冰块终止反应及使体系降至室温。离心洗涤至中性，取沉淀物用去离子水透析一周去除杂质，冷冻干燥获得棒状纳米纤维素纳米纤丝。

2）、纳米纤维素纳米纤丝的人工种植：将板面干净的板材放入植绒装置，依次经过板材胶粘剂涂布、植绒、烘干程序，程序化控制实现基于纳米纤维素纳米纤丝的精细纳米结构表面的有序定向人工种植。

3）、纳米纤丝植绒表面超双疏功能化：步骤（2）中得到的纳米纤丝植绒表面在含氟修饰液中室温浸泡一定时间，随后依次用甲苯，乙醇润洗，润洗后在一定条件下干燥，得到具有精细纳米结构的超双疏自清洁表面。

在本发明中，所述纤维原料为木浆纤维，纸浆纤维，竹浆纤维，棉纤维或麻纤维中的任意一种及其组合。

在本发明中，硫酸水溶液浓度为50～64wt%，反应温度为20℃～50℃，反应时间为30～60min。

在本发明中，所述板材为厚度为0.1～1mm，宽度为500～1500mm的铝合金、铜合金、锌合金板材或合金钢材。

在本发明中，所述胶粘剂为固化环氧树脂胶粘剂，固化环氧树脂胶粘剂涂布量为：80～100g/m²。

本发明在静电植绒时，植绒装置的工作电压为：35～50kV，电流为：0.5～5mA，而植绒绒毛为纳米纤维素纳米纤丝，绒毛直径为10～50nm，绒毛长度为100～500nm，植绒量为：10～12g/m²。

在本发明中，所述的含氟修饰液为十七氟癸基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，浓度为1～2wt%，修饰时间为4～24h。

在本发明中，对超双疏植绒表面进行干燥处理时，干燥处理温度为80～120℃，干燥处理时间为5～10min。

本发明的优点和有益效果在于：

1）、本发明采用的纳米纤维素纤维材料为一般的木浆纤维，纸浆纤维，竹浆纤维，棉纤维，麻纤维中的任意一种。以纳米纤维素的常用制法—强酸水解纤维素的方法制备纳米纤维素纳米纤丝，工艺简单，易操作，成本低。