[发明专利]一种利用超临界CO2快速膨胀法制备超疏水表面的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种超疏水表面，具体为一种利用超临界CO₂快速膨胀法制备

超疏水表面的方法。

背景技术

超疏水涂膜是一种具有特殊表面性质的新型涂层,其表面是指水接触角θ大于150°，水接触角滞后一般小于5°的固体涂膜,具有像荷花叶子一样的超疏水特性，水珠在上面易滑落而不粘附，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点,在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。超疏水技术对于建筑工业、汽车工业、金属行业等的防腐防锈及防污也很有现实意义。特别是近年来的微电子系统、光电子元器件及纳米科技等高新技术的高速发展,给超疏水表面的研究和应用于勃勃生机。

目前，制备超疏水表面的方法有很多种，如：飞秒激光刻蚀法、相分离法、自组装法、水热法、化学沉积与电沉积法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、模板法、等．然而，目前的各种技术还难以解决大面积超疏水表面及涂层的制备，很多都只是实验室小面积制备，仅用于实验研究。不少技术还存在需要使用复杂的设备或高温处理等问题，如专利200910098056.4，使用CaCO₃颗粒模板法处理聚乙烯或聚丙烯，其热压温度达到160-250℃，而且不能大面积生产；有些使用有机溶剂，不利于环保，如专利201010157986.5，用到了甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N-N甲基乙酰胺获N，N-二甲基甲酰胺等有机溶剂，且加入溶剂比例高达：86.5-99.3%；另外一些方法过程复杂，成本高昂，使超疏水表面或涂层产品的种类和数量受到了大大限制，如专利200910088646.9，采用高温等离子喷涂技术制备超疏水表面，需要用到高温、高压、大电流条件，且只能在金属表面喷涂，大大限制了其应用范围。另外，这些方法制备的超疏水表面的稳定性和持久性，特别是耐刮伤及耐水压冲击性能还有待提高，如专利200910098056.4，超疏水表面有很多凹陷的孔洞，灰尘进入后不易去除，且材料为聚乙烯或聚丙烯，耐刮伤性很差，最终失去超疏水效果。因此，只有制备环保、高效、大面积、稳定性良好的超疏水表面，才能使其真正具有实际应用价值。

发明内容

本发明针对当前超疏水表面制备技术遇到的问题，提出环保、高效、大面

积、稳定的一种利用超临界CO₂快速膨胀法制备超疏水表面的方法。

本发明的技术方案为：

一种利用超临界CO₂快速膨胀法制备超疏水表面的方法，包含以下步骤：

（1）首先用3—5mol/L的盐酸将纳米二氧化硅在超声波反应器中活化，过滤烘干后加入到无水乙醇中，然后加入蒸馏水，蒸馏水少量即可，再加入含氟和含双键的两种偶联剂，在回流温度下反应5-10小时，再将产品洗涤过滤烘干，制备出含双键的纳米二氧化硅粒子；

（2）将制备好的含双键的纳米二氧化硅粒子加入到超临界CO₂中反应釜中，在80℃—100℃和16MPa下用磁力搅拌30min，采用喷嘴将其喷射到双键封端的且已添加了引发剂的水性聚氨酯漆表面；

（3）通过自然干燥或在25-60℃烘干，干燥时间为1h—72h ，使纳米二氧化硅粒子接枝在聚氨酯涂层表面，形成稳固粗糙结构，获得超疏水表面。

步骤1中所述的含氟和含双键的两种偶联剂，这两种偶联剂分别为：十三氟辛基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，两种偶联剂的摩尔比是1：1，偶联剂用量占纳米二氧化硅质量的15%-20%。

步骤2中所述的水性聚氨酯漆为树脂漆，该树脂漆由水、分散剂、润湿剂、消泡剂、增白剂、填充剂、杀菌剂、双键封端的水性聚氨酯乳液、增稠剂、防腐剂组成，所述的引发剂中的水为去离子水，分散剂为731分散剂，润湿剂为六偏磷酸钠，消泡剂为正辛醇，增白剂为钛白粉、填充剂为碳酸钙和滑石粉的混合物、杀菌剂为醋酸苯汞，增稠剂为羧甲基纤维素钠，防腐剂为苯甲酸钠。

树脂漆中各组份含量按重量份计算，去离子水21-25份、731分散剂7-9份、六偏磷酸钠1-2份、正辛醇1-2份、钛白粉21-25份、碳酸钙2-5份、滑石粉6-7份、醋酸苯汞1-2份、双键封端的水性聚氨酯乳液35-45份、羧甲基纤维素钠4-7份和苯甲酸钠 1-2份，树脂漆粘度>20000mPa.s。

步骤2中所述的引发剂由过硫酸铵和亚硫酸氢钠按1:1摩尔比组成。