[发明专利]一种制备微纳米硅基超疏水涂层的方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于表面功能材料制造技术领域，特别是涉及一种利用常压有氧气氛条件下热分解氧化硅胶在不同的基底上沉积微纳米硅基超疏水涂层的方法及其用途。

技术背景

具有防水、防雪、防腐并抗粘附等性能的功能表面，可广泛用于汽车挡风玻璃、雷达天线、太阳能电池片以及防腐蚀等领域，具有非常广阔的应用前景。构建的超疏水涂层表面具有上述的功能特性。所谓超疏水涂层表面是指与水的接触角大于150°而滚动角小于10°的表面，是高新技术领域的研发热点。

硅胶是由不同氯硅烷或硅氧烷固化形成的具有不同分子量的聚硅氧烷，它不仅是一种兼备有机与无机特性的独特的化学材料，而且还是一种典型的低表面能功能高分子材料，其表面能为20～23dyn／cm，是构建超疏水涂层非常理想的材料，尤其在构建透明的超疏水涂层方面具有广阔的应用前景。到目前为止，应用聚硅氧烷构建的超疏水涂层功能材料，还局限于应用硅烷水解缩聚反应制备纳米涂层或者通过在粗糙表面进行化学修饰的方式制备超疏水涂层，如Zimmermann研究小组(J.Zimmermann，G. R.J.Artus，S.Seeger et.a1.Long term studies on the chemical stabilityof superhydrophobic silicone nanofilament coating[J].Appl.Surf.Sci.2007，253：5972-5979)通过氯硅烷水解缩聚反应制备出具有超疏水特性的纳米丝状涂层，该涂层对酸、碱及有机溶剂展现出良好的稳定性。又如Seeger研究小组通过三氯甲基硅烷可控水解缩聚反应，在铝、玻璃及纤维表面形成了与水接触角大于150°的超疏水表面(G. R.J.Artus，S.Jung，J.Zimmermann et.al.Silicone Nanofilaments and Their Application as Superhydrophobic Coatings[J].Adv.Mater.2006，18：2758-2762；G. R.J.Artus，S.Seeger.Scale-Up of a Reaction Chamber for Superhydrophobic Coatings Based on Silicone Nanofilaments[J].Ind.Eng.Chem.Res.2012，51：2631-2636)。再如日本Yuan等人以自组装的纳米聚乙烯亚胺为模板来控制硅氧烷的水解缩聚过程，制备出含多种官能团的一维聚倍半硅氧烷纳米丝状涂层，该涂层经聚全氟甲基异丙基醚修饰后具有优异的超疏水性能(J.J.Yuan，N.Kimitsuka，R.H.Jin.Bioinspired Synthesis of a Soft-Nanofilament-Based Coating Consisting of Polysilsesquioxanes／Polyamine and Its Divergent Surface Control[J].ACS Appl.Mater.&Interf.2013，5：3126-3133)。另外，中国专利CN101727010A公开了一种利用有机硅烷低表面能材料进行表面修饰的方式制备超疏水表面的方法，首先通过激光干涉刻蚀的方法在基底表面形成微纳米结构的粗糙度，然后再用氟硅烷等低表面能物质进行表面修饰，制备出了彩色超疏水涂层，其静态接触角高达163°。尽管这些利用硅烷在制备超疏水涂层取得了很大的进展，但也存在着很多不足，主要体现在：水解缩聚所使用的氯硅烷水解后会产生大量盐酸，由此而形成的酸雾对环境造成一定的危害；同时反应主要是通过氯硅烷自挥发并在一定湿度下进行的水解缩聚，耗时较长，一般都需要数小时到数十小时以上，难于制备出大尺寸和大批量样品；而表面修饰方法所使用的低表面能物质(如全氟硅氧烷)价格十分昂贵，导致生产成本较高，不宜推广；更重要的是，这些方法一般是在有机溶剂里面进行，大量的有机溶剂会带来严重的环境污染。以上缺点严重制约了超疏水表面的推广应用。因此，需要一种绿色环保、简单经济的制备工艺来制备微纳米硅基超疏水涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用廉价的原料在常压有氧气氛下气相沉积制备微纳米硅基超疏水涂层的方法；本发明的另外一个目的在于，通过改变条件在同一种装置下制备出具有光学增透、无色透明或者彩色硅基超疏水涂层。具体操作如下：