[发明专利]一种润湿变色超疏水表面的制备方法

说明书

本发明涉及一种润湿变色超疏水表面的制备方法，该方法包括聚合物胶体的制备、疏水物质修饰、超疏水涂层制备等步骤。该涂层对水的接触角均大于150°，滚动角小于10°，并且对于柴油，其接触角也大于150°。而且，涂覆后所得的涂层对基底原貌没有影响，并可在润湿状态下产生肉眼可见的结构色变化。再经干燥后，颜色可复原，可对液体进行重复响应。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备，适用于日常生活及环境极端恶劣的条件下的响应性应用涂层领域，而且这是首次将聚硫化物以微球的形式，进行超疏水改性，制备超疏水表面的工作。

技术领域

本发明属于光子晶体超疏水表面制备技术领域，特别涉及润湿响应变色，其功能化特征可在正常环境中保持，并具有一定的热稳定性(小于150℃)可适用于各种基底的涂料的方法。

背景技术

超疏水现象在自然界存在广泛，如荷叶表面、蝴蝶翅膀、水黾腿等。超疏水表面一般指材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特优异的表面性能：疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等特性。

结构色也可在自然界中广发发现。通过光与表面周期性排列结构的干涉，反射及折射，产生特殊的结构色彩。而且可根据光入射角度的不同而产生不同的颜色效果。由于具有奇异的表面特征，结构颜色和超润湿性近年来引起了极大兴趣。但在实践中只具有结构色或超润湿性的材料存在极限。而且，这两种特性的结合可以大大提高材料的性能，并且扩展了这些材料的应用领域，如传感器，检测，防伪和安全，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，原料易得，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备，适用于日常生活及环境极端恶劣的条件下的响应性具有结构色的超疏水涂层的制备方法。利用简单易行的涂覆方法将涂料涂覆到各种干净基底上。修饰后的表面接触角均大于150°，并具有较好的时间稳定性，热稳定性和一定的超疏油性。而且对于液体的润湿会产生的颜色变化，并可多次重复响应液体的润湿的行为。

实现本发明目的的技术方案是：一种润湿变色超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.聚合物前驱体的制备：氢氧化钠溶解于去离子水中，加热至溶液微沸，温度范围140±20℃，加入升华硫，搅拌2h，待溶液澄清，得到红棕色的过硫化物前驱体溶液，其中：升华硫，氢氧化钠和去离子水质量比为4:5:125；

B.聚合物乳液的制备：取过硫化物前驱体溶液加入乙醇及水的混合溶液中，进行搅拌，并加热至70℃，加入F127，待溶液中有气泡产生，加入2mL消泡剂，继续搅拌30分钟，待气泡消失，加入一定量的乳化剂，搅拌6h形成咖啡色的乳液，其中：前驱体溶液，乙醇及水的体积比为1:1:1～4:5:125之间，F127于混合溶液中密度为～0.0015±0.0005g/ml,乳化剂于混合溶液中密度为～0.004±0.0005g/ml；

C.聚硫化物块体的制备：将步骤B中获得的乳液经去离子水离心洗涤30分钟后，在滤纸上抽滤成块，此时滤纸表面有特殊的结构色现象产生，经60℃干燥6～10h后，将具有结构色现象的块体剥离，并磨成微米级粉末，此时粉末仍具有与滤纸表面涂层相同的结构颜色；

D.超疏水聚硫化物微球溶液：取步骤C中粉末，溶于乙醇中，粉末于乙醇中的密度为～0.0025±0.001g/ml，搅拌至粉末分散均匀，此时，溶液呈现出粉末的相应的颜色，按体积比为1:400将全氟硅烷修饰剂加入乙醇中，搅拌24h，形成具有与步骤C中粉末相同颜色的超疏水聚硫化物微球溶液；

E.超疏水涂料制备：将步骤D中获得的超疏水涂料溶液用乙醇进行洗涤，并于60℃干燥，将所干燥的样品磨成粉末，分散至20mL乙醇中，密度～0.025±0.01g/ml，并于小瓶中储存，制备出具有与步骤C中粉末相同颜色的超疏水涂料；