[发明专利]一种金属铜表面超疏水处理方法

说明书

技术领域

本发明属于化学技术领域，涉及一种金属铜表面疏水处理方法，尤其涉及一种采用十二羟基硬脂酸的醇溶液对金属铜表面进行超疏水处理的方法。

背景技术

表面润湿性是固体表面的重要特性，也是最为常见的界面现象，一般可用液体在固体表面接触角的大小来衡量，通常将接触角小于90°的固体表面称为亲水表面，大于90°的称为疏水表面，大于150°的为超疏水表面。近年来，超疏水界面材料在防积雪，金属外壳的防污、防腐，管道的防粘附、防堵塞，微流体注射，服装的防水和防污等方面都有广泛的应用。

众所周知，固体表面的润湿性取决于它的表面自由能和表面粗糙度。超疏水表面的制备常常通过表面修饰氟碳化合物或含氟的硅烷偶联剂来降低表面能。但是在类似铜等金属的光滑表面上，通过降低表面能最多只能够将接触角提高至120°左右，另外，含氟类物质的表面修饰，对环境存在着一定的潜在危害。因此，人工制备超疏水表面的关键在于构建合适的表面微纳米结构。目前许多构造表面微细结构的方法，例如金属阳极氧化、电化学沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、等离子刻蚀、电纺织、激光刻蚀等，都需要一些特殊的设备仪器或技术，成本比较高，过程比较复杂，故不适宜大规模生产。

铜作为一种重要的金属，广泛应用与许多工程领域，诸如建筑、航空以及能源输送等，而在这些应用当中，腐蚀与防腐问题成为其关键制约因素之一。金属的腐蚀，有许多是在有水参与的湿润条件下发生的，而金属表面的超疏水处理可以有效地阻止金属表面与水的接触，从而成为根本解决金属材料腐蚀问题的有效方法之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用十二羟基硬脂酸的醇溶液浸泡的方式对金属铜表面进行超疏水处理的方法。

本发明对金属铜表面进行超疏水处理的方法，是将清洗、干燥后的金属铜浸入0.005～0.015M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中，于室温下浸泡60～80小时，取出后干燥即可。

所述清洗是将金属铜用3～5M的盐酸浸泡10～20min，取出后依次用去离子水、甲醇超声清洗，即将浸泡后的金属铜置于超声清洗仪中，在室温，200W，40KHz下，超声处理30min。

所述干燥为室温自然风干。

下面通过具体实验对超疏水处理后的金属铜的表面性能进行检测和分析。

实验用材料及试剂：12-羟基硬脂酸，铜片(≥99.5％)，无水甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇。

实验过程：将铜片浸入4M盐酸15min后取出，用依次用去离子水，甲醇超声清洗铜片，氮气吹干后室温下浸泡在0.01M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中三天，浸泡后取出，氮气吹干待检测表征。

分别以0.01M的12-羟基硬脂酸的乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇溶液重复此实验过程，作为对比试验。

测试与表征：

采用JSM-6701F冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析观察薄膜表面的微观结构，表面生成化合物刮下粉末用真空烘箱室温24h烘干水分后，用红外光谱(FTIR)对其特征官能团进行表征。用VG ESCALAB 210光电子能谱仪光电子能谱(XPS)进行表面元素分析，Mg靶Kα＝1253.6eV，靶功率＝300W，通能＝30eV，以污染碳峰C1s结合能285.0V为内标。

用CA-A型接触角测量仪测量水滴在试样表面的接触角，测试环境为室温水滴量为5μL，对于每个样品至少选取5个不同点进行测量，取平均值作为静态接触角。

结果与讨论：将铜片浸泡在0.01M的12-羟基硬脂酸的甲醇溶液中60～80h后，铜片表面出现一层淡蓝色的超疏水膜，接触角约为160°(图4)，5μL的水滴在表面倾斜大约5°便可滚动。此后继续浸泡数天，膜的疏水性并无明显变化。

通过X-光电子能谱及红外光谱的表征发现，这种淡蓝色的超疏水膜是12-羟基硬脂酸铜盐。从X-光电子能谱图2(b)可以看出有正二甲铜元素的存在，图2(c)中，C1s可以分解成两重峰，其中285.0eV的C1s峰对应于烷基链上的碳，289.2eV峰对应羰基中的碳。再结合红外光谱图，可以发现其含有长链烷酸盐的羰基，位于吸收波数为1587cm^-1处。

分别以0.01M的12-羟基硬脂酸的乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇溶液重复实验过程后，发现只有浸泡于乙醇和正丙醇溶液的铜片长出少量的蓝色薄膜，且此薄膜并不具有超疏水性。