[发明专利]一种高光泽度超疏水铜涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料和金属表面改性技术领域，具体涉及一种高光泽度超疏水铜涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，超疏水材料因其减阻、防腐、抗生物膜、自清洁等方面的优异性能而引起了科研工作者们广泛的关注。通常超疏水表面是指水的静态接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。而超疏水表面需要满足两个条件：一是具有较低的表面自由能，另一个是具有较大的表面粗糙度，特别是表面具有微纳米多级结构。然而较大的粗糙度往往会增加涂层对光的散射，减少涂层对光的反射，使涂层在可见光下失去光泽或呈黑色。这就限制了本身具有良好光泽度的金属涂层在超疏水自清洁中的应用。

光泽度是涂层表面的一种光学特征，以其反射光的能力来表示。通常高光泽度涂层的制备是通过简单的物理化学方法改变涂层的表面状态，降低表面粗糙度来实现的。高光泽度铜涂层耐蚀性能好，抗磁性好，美观，并具有一定的杀菌性能，在船舶的防腐、家电面板、表面装饰、管道运输等行业有着广泛的应用。

目前已有一些超疏水铜涂层的报道，如ZL200610010554.5介绍了一种在金属铜表面构筑超疏水结构的方法，用十二烷基硫酸钠调控铜表面微/纳米结构，然后将构筑了微/纳米结构的铜片放入月桂酸的乙醇溶液进行疏水化处理，从而达到超疏水的效果；CN201410662363.1介绍了一种超疏水铜箔的制备方法，用去离子水清洗铜箔，将铜箔依次在乙醇和丙酮中浸泡取出烘干，再将处理后的铜箔依次在冰醋酸、双氧水、高锰酸钾溶液中浸泡，然后将浸泡完后的铜箔放入硬脂酸溶液中进行疏水话处理，从而达到超疏水的效果。这些方法都是通过构建微纳米结构从而提高涂层的表面粗糙度而实现超疏水性，然而经疏水改性后涂层外观会变暗，失去原有的光泽。目前还未见到在单质铜涂层上同时实现高光泽度和超疏水性的报道。因为涂层表面的光泽度和疏水性都与涂层的表面状态有关，光泽度随表面粗糙度的增大而减小，而疏水性随表面粗糙度的增大而增大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有高光泽度的超疏水铜涂层，该涂层表面形貌为微-纳米双微观结构，表面粗糙度为32-85nm；60°光泽度为55-105GU，水的静态接触角为160-170°可同时实现高疏水性和高光泽度，在流体减阻、汽车烤漆、家电面板的自清洁、表面装饰等方面有着巨大的应用前景。

本发明的另一个目的是提供该涂层的制备方法，用化学镀的方法在铝基底上镀一层单质铜，通过控制化学镀铜液中铜离子、甲醛和乙二胺四乙酸二钠的浓度，以及溶液的pH值等因素来调控涂层表面的形貌和粗糙度，再经改性剂疏水化处理，从而达到高光泽度超疏水的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高光泽度超疏水铜涂层，其表面形貌为微-纳米双微观结构，表面粗糙度为32-85nm；60°光泽度为55-105GU，水的静态接触角为160-170°。

上述一种高光泽度超疏水铜涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铝片浸入有机溶剂中，超声清洗去油污后，用水冲洗干净，烘干备用；

(2)分别配制硫酸铜水溶液和乙二胺四乙酸二钠水溶液，将二者混合均匀，加入甲醛，调节所得溶液体系的pH值至11.5-12.5，得到镀铜液，控制镀铜液中硫酸铜的浓度为0.03-0.04mol/L；然后将清洁好的铝片浸入到配制好的镀铜液中，放置在室温下反应30-60min后，取出镀件，用水冲洗、烘干后得到镀铜的铝片；

(3)将(2)中所得镀铜的铝片浸入改性剂的乙醇溶液中浸泡，浸泡完后取出，并用无水乙醇冲洗，吹干后即可在铝片表面得到高光泽度的超疏水铜涂层。

上述方案中，所述乙二胺四乙酸二钠与硫酸铜的优选摩尔比为0.8-1.5:1；甲醛与硫酸铜的优选摩尔比为1-4.5:1。

上述方案中，所述有机溶剂可选用无水甲醇、无水乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸丁酯、二甲苯、三氯甲烷或三氯乙烷等。

上述方案中，所述改性剂可选用十六硫醇、十八硫醇、软脂酸、硬脂酸、全氟硫醇或全氟烷基硅氧烷等。

上述方案中，所述改性剂的乙醇溶液中改性剂的浓度为5-20mmol/L。

上述方案中，步骤(2)中采用氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水调节所得溶液体系的pH值。

上述方案中，步骤(3)所述浸泡温度为室温条件，浸泡时间为15-120min。