[发明专利]一种基于氟化二氧化硅颗粒的适用于各种软硬质基底的超双疏涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于氟化二氧化硅颗粒的适用于各种软硬质基底的超双疏涂层的制备方法，基于溶胶‑凝胶法以氟化的微纳米二氧化硅构筑三维复合多级结构具有超疏水且超疏油特性的有机涂层。由于无基底依赖性，该涂层可以通过喷涂或浸涂的方式涂覆在各种软质和硬质基底上并表现出良好的超疏液性能。表面能低至28.7mN/m的有机液体在涂覆有该图层的表面上亦能维持球状并且接触角维持于150°以上。当动态液滴以一定速度撞击平放表面时，液滴以饼状形式在表面弹跳直至动能耗尽，在倾斜表面上液滴亦可以小于10°的滚动角在表面滚动或以弹跳的方式离开表面。即使经高温、酸碱等苛刻条件处理后，涂覆的表面仍表现出良好的自清洁和抗污功能。

技术领域

本发明属于耐用超双疏涂层的制备技术领域，特别涉及基于氟化二氧化硅颗粒的适用于各种软硬质基底的超双疏涂层的制备方法。

背景技术

自然环境中的人造表面由于较低的抗润湿性极易被固态或液态流体所污染，各种污染所带来的对表面的破坏大多为不可逆并且修复代价高昂，因此，近年来受启发于自然界中各种动植物表面的高抗润湿性，仿生抗润湿性材料的理论和应用都得到了学术界和工业界的广泛关注，已有多种人造抗润湿性表面已被成功制备。其中，超双疏表面是备受关注的对象之一也是最有应用前景的方向之一。超双疏表面指对于水滴与低表面能油滴均具有大于150°接触角和小于10°滚动角的表面。相比于传统的超疏水表面，超双疏表面在流体控制、自清洁抗污、液体运输等方面具有更加广泛的应用。

通过极低表面能修饰剂的化学修饰降低基底的表面能并精细的构筑粗糙结构是制备超双疏表面的一般方法。本发明中采用微纳米两种粒径的二氧化硅颗粒来构筑多级复合粗糙结构并辅以3-胺丙基三乙氧基硅烷和全氟辛酸降低表面能，以聚偏氟乙烯-六氟丙烯增强颗粒与基底之间的粘附力并进一步降低表面能，这既保证了表面结构的稳定性也使表面更易于抗低表面能液体的润湿。选用简单易行的喷涂和浸涂的方式将涂层涂覆于基底表面上，这方便于大规模制备生产该种超双疏表面。基于此，本发明所制备的耐用超双疏涂层可实现水滴和油滴的高抗润湿性，有利于丰富超双疏表面的制备方法和拓展超疏液表面在流体控制、防污等方面的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于氟化二氧化硅颗粒的适用于各种软硬质基底的超双疏涂层的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于氟化二氧化硅颗粒的适用于各种软硬质基底的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.二氧化硅溶胶制备：将纳米二氧化硅和微米二氧化硅按一定的比例混合后分散于一定量的乙醇溶液中并磁力搅拌一段时间，然后将一定量的3-胺丙基三乙氧基硅烷加入到混合溶液中常温磁力搅拌一段时间，最后将一定量的全氟辛酸和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺分别加入到混合溶液中并在一定温度下反应一段时间，即可得到粒子溶胶；

B.固态氟化粒子制备：将得到的溶胶冷却至常温并以离心分离出固体颗粒，用乙醇清洗两遍以洗去多余的溶剂和未反应的修饰剂，在一定温度下烘干；

C.超双疏涂层制备：将一定量聚偏氟乙烯-六氟丙烯磁力搅拌溶于一定量的N,N-二甲基甲酰胺中并向其中加入定量的正辛胺，向溶液中加入一定量的氟化二氧化硅颗粒，磁力搅拌一段时间得到浅黄色混合溶液；

D.超双疏表面制备：将基底材料浸泡于乙醇和丙酮混合溶液中超声处理一定时间后烘干备用，将适量的浅黄色混合溶液加入到喷枪里，喷涂到硬质基底上，采用浸涂的方式在软质基底上涂覆涂层。

进一步的，步骤A中，原料质量份数比例为：二氧化硅:3-胺丙基三乙氧基硅烷:全氟辛酸:1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺为20:5:5:1，乙醇溶液的用量与二氧化硅的比例为20ml:1g，二氧化硅选用不同比例的纳米二氧化硅与微米二氧化硅的组合。

进一步的，步骤A中，选用的纳米二氧化硅与微米二氧化硅按质量比分别为4:0，3:1，2:2，1:3。