[发明专利]一种铝表面超疏水涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种铝表面超疏水涂层的制备方法。该制备方法主要包括(1)将铝片用砂纸打磨，分别用丙酮、乙醇超声清洗10min，再用蒸馏水冲洗去除铝片表面的油污，在烘箱中干燥。(2)将铝片浸入到酸刻蚀剂中刻蚀，得到具有微米粗糙结构的铝表面。(3)将微米级粗糙的铝片浸泡在纳米TiO2粒子溶液中，在高温下处理后，得到具有微纳复合粗糙结构的铝表面。(4)将具有微纳复合结构的铝表面用低表面能的氟硅烷处理后可以得到具有超疏水性能的铝表面。本发明制备的超疏水铝片具有优异的自清洁性、防雾、防覆冰性，可以应用于防覆冰领域。

技术领域

本发明涉及超疏水表面的制备领域，具体涉及一种铝表面超疏水涂层的制备方法。

背景技术

雾、霜、雪等是常见的自然现象，当空气中的水蒸气遇到过冷的物体表面时，就会冷凝成水珠或凝华成冰晶附着在物体表面，形成雾和霜。冰雪在室外建筑材料、高速公路、高压电线、飞机上的附着和积累，会给人们的生产、生活带来诸多不便，甚至威胁生命财产安全，造成巨大的经济损失。

现在物体表面的除冰方法主要包括物理和化学方法，都会导致能量和资源的损耗。近年来，受生物材料表面超疏水性能的启发，许多拥有高的静态接触角和低的滚动角的超疏水表面得以构建。超疏水表面具有很好的防结冰性能，主要是水滴在超疏水表面呈球状分布，超疏水表面由于微纳复合粗糙结构的存在，能在表面缚集一层空气，形成“气垫”，减小了水与基材的接触面积，使得水滴与固体间的传热面积减少，传热速率下降，因此水以液态的形式存在涂层表面被延长，结冰时间延长。水滴在超疏水表面的滚动角很小，在极小的外力如风力、振动或倾斜等条件下，水滴很容易从超疏水表面滚落，能够在水滴未结冰之前就能脱离固体表面。在水滴结冰后，超疏水涂层表面的“气垫”也能减少冰与固体的接触面积，降低冰与表面的附着力，使得结冰更容易去除。

对荷叶表面的结构和化学组成研究发现，构成超疏水表面需具备两个要素，一是需要微纳的粗糙结构；二是需要有低表面能物质。因此，构造超疏水表面需要从这两方面入手，常用于超疏水表面的制备方法有化学刻蚀法、化学沉积法、静电纺丝法、模板法、溶胶凝胶法、自组装和层层自组装法、等离子处理法等。其中化学刻蚀法具有操作简单、快捷、试剂廉价、可大面积制备等优点，已被广泛应用于超疏水表面的制备。

但是化学刻蚀法由于反应条件比较难控制，一般不能在铝片表面刻蚀出精细的微纳复合结构，刻蚀时间过短会因为刻蚀不够而达不到理想的粗糙度，刻蚀时间过长会由于反应过度，一般只能形成微米级的粗糙度，得到的表面超疏水效果不明显。为了得到微纳复合结构的铝表面，本发明先采用酸对铝片进行刻蚀，得到微米级的粗糙结构，再通过浸涂纳米TiO2粒子，得到具有微纳复合粗糙结构的铝表面，通过低表面能的氟硅烷修饰后，可以达到超疏水，其具有很好的防覆冰性能。

发明内容

本发明提供了一种铝表面超疏水涂层的制备方法。铝片采用酸刻蚀和纳米粒子浸涂相结合的方法构建微纳复合结构，用低表面能物质处理后，表面能够到达超疏水。此方法操作简单、试剂廉价、效果好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铝表面超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)前处理：将铝片用砂纸打磨，清洗后在烘箱中干燥待用。

(2)酸刻蚀：将步骤1处理后的铝片浸入到酸刻蚀剂中进行刻蚀，刻蚀后的铝片先用蒸馏水冲洗停止反应，再用蒸馏水超声清洗附着在铝片上的沉积物，得到具有微米级粗糙结构的铝表面。

(3)纳米TiO2浸涂：将酸刻蚀后的铝片浸泡于纳米TiO2粒子的乙醇溶液中，纳米TiO2粒子的粒径为15nm-100nm，浓度为0.5wt％-4wt％，浸泡时间为1-10min。浸泡处理后，在300℃以上的马弗炉中反应3-6h，得到具有微纳复合粗糙结构的铝表面。