[发明专利]一种疏液涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面界面材料，尤其是涉及一种疏液的表面涂层。

背景技术

润湿是液体保持与固体表面接触的能力，其涉及到液体、固体和气体三相间的界面关系，当三相界面稳定时所形成的接触角是润湿程度的重要量度。当接触角小于90°时，认为液体在固体表面高度润湿，当接触角大于90°时，认为液体在固体表面为低度润湿，接触角越大，润湿性越差。控制固体表面的润湿性是表面科学研究的主要目标之一。特别是获得润湿性极差的疏液表面，具有重要应用前景如：防水防油表面、自清洁表面、减阻表面、选择性水油分离等。

自然界存在大量疏液表面，例如荷叶、花瓣、水黾腿等的表面对水的润湿性极差，研究发现水之所以不能在这些表面润湿，主要是因为以下两个方面的原因：

1)固体表面具有低的表面自由能。例如荷叶表面含有蜡状物质，该物质较普通生物表面表面能低很多。

2)固体表面具有特定的微结构，形成粗糙表面。例如荷叶表面有序的分布有直径5～9μm的乳突，并且每个乳突表面分布有尺寸100nm左右的绒毛，这些精细的微结构将液体支撑于结构之上，减少与固体表面的直接接触面积，从而“阻止”液滴向固体表面进一步浸润，形成超疏水表面。

因此，人工疏液表面的制备策略主要为两方面：一是，降低固体表面能，主要通过对固体表面进行低表面能修饰来实现，例如在固体表面修饰疏水或疏油性基团；二是，制造适当的粗糙表面，主要通过或物理或化学的方法在固体表面制造出各种特定的粗糙表面，例如化学刻蚀、光刻、物理/化学沉积或利用天然粗糙表面等。然而现有的方法往往针对特定材质表面，不具普适性，特别不适用于实现柔性或可拉伸表面的疏水疏油性。

2008年Joseph M.Mabry等人报道了一种氟化多面体低聚倍半硅氧烷(F-POSS)材料，该材料具有很低的表面能，并且具有很好的物理、化学稳定性，能够有效附着在二氧化硅表面。本发明将基于F-POSS和二氧化硅纳米颗粒，提供一种疏液涂层，应用喷涂的方法简单快捷地喷涂到固体表面，特别适用于柔性、可拉伸的固体表面。

发明内容

本发明提供一种降低液体对固体表面润湿性的涂层及制备方法，实现固体表面的疏水疏油。本发明还特别提供一种适用于柔性、可拉伸表面的疏水疏油涂层。

本发明的技术方案是：一种疏液涂层：将低表面能的F-POSS材料包裹在二氧化硅纳米颗粒表面形成复合材料，此复合材料作为喷涂液的固成份，利用氟硅橡胶或硅橡胶作为固体表面的粘接剂，将所述含复合材料的喷涂液喷涂至将要实施疏液的固体表面。

所述F-POSS材料是一种氟化多面体低聚倍半硅氧烷，其分子结构简式可写为(R_f)₈Si₈O₁₂，其中R_f为-CH₂CH₂(CF₂)₇CF₃。

F-POSS材料其制备方法，以全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷为原料、加入KOH，并在乙醇溶液中隔绝空气搅拌反应12-30小时而成，且每mg KOH对应3-8mmol全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷的量。

按照下列步骤进行：分别取8-12mmol全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷、10-20mmol去离子水、1.5-2.5mg KOH，置入圆底烧瓶中，并加入无水乙醇至总液量为10mL；连续通入氮气保护，使用搅拌，反应18-30小时，得到白色沉淀产物；将得到的产物反复使用乙醇、去离子水清洗，并真空干燥，得到白色F-POSS固体粉末。

所述喷涂液，将F-POSS溶于AK-225溶液中，并加入直径为100～150nm二氧化硅纳米颗粒，进行约1小时超声处理得到；其中F-POSS和二氧化硅纳米颗粒的质量比为2:1～1:5，复合材料的质量浓度为0.1％～2％。

所述疏液涂层，按照如下步骤制备：

清洗固体表面；所述氟硅橡胶或硅橡胶粘结剂喷涂或旋涂至固体表面，放入恒温烘箱，对氟硅橡胶或硅橡胶进行短时固化，得到丧失流动性，但未完全固化，表面粘附性很强的粘结层；为将氟硅橡胶或硅橡胶灌封胶固化，氟硅橡胶或硅橡胶灌封胶的前驱体用AK-225溶液稀释5～10倍得到，可将其喷涂或旋涂到固体表面，并短时加热(加热后固体表面温度不超过50℃)，使氟硅橡胶或硅橡胶固化至较低的固化程度，此时，氟硅橡胶或硅橡胶未完全固化，表面具有很强粘附性。