[发明专利]一种快速制备铜/聚四氟乙烯超双疏性涂层的方法

说明书

本发明涉及一种快速制备铜/聚四氟乙烯复合超双疏性涂层的方法，依次包括如下步骤：(1)基体材料表面的预处理(砂纸打磨，碱洗或酸洗，丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，烘干)；(2)配制包含组份A与组份B的化学置换制膜乳液；(3)化学置换反应沉积铜/聚四氟乙烯复合涂层；(4)真空热固化处理沉积的铜/聚四氟乙烯复合涂层，即可得到具有树枝状微纳米结构的铜/聚四氟乙烯复合超双疏性涂层。本发明所制备的铜/聚四氟乙烯复合超双疏性涂层具有超疏水性、超疏油性、热稳定性和耐腐蚀性等特性。本发明制备方法简单快速，成本低，环境友好，所制得的超双疏性表面性能稳定，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及涂层制备、特殊润湿性表面、材料表面防护技术领域。具体涉及一种快速制备树枝状微纳米结构铜/聚四氟乙烯复合超双疏性(超疏水、超疏油)涂层的方法，依靠超双疏性表面的疏水、疏油、防垢、自清洁和防腐蚀特性，提高铝材、镁材、锌材、铁等金属材料的使用寿命和功能化应用。

背景技术

铝材、镁材、锌材、铁等金属材料都是常见的工程材料，在工业、社会发展中起到了重要作用；但这些金属材料在服役期间，容易在服役环境中发生腐蚀、污损，甚至损坏，这缩短了材料的使用年限，增加了维护成本。近些年，不断更新的防污防腐技术，延长了这些金属材料的使用寿命，特别是实现材料表面特殊润湿性的表面改性技术，越来越受到人们的关注；由于特殊润湿性表面具有超疏水或超疏油、防垢、自清洁和防腐蚀特性，为基体的防污防腐提供了一种新的思路。

依据制备特殊润湿性表面的理论，其两个必要条件：一是增加材料表面的粗糙度，二是降低材料表面的表面能。目前，含氟聚合物(如聚四氟乙烯PTFE)本身氟-碳链分子间作用力极低，具有极低的表面能及低摩擦和耐高温腐蚀性能，使其在疏水不粘领域得到广泛应用，但其本征疏水接触角为90°～110°，仍未达到超疏水(静态接触角大于150°)表面的要求，因此，还要结合其它技术手段实现表面的特殊润湿性。

中国专利(公开号为CN109233482A，公开日为2019年1月18日)公开了一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法；该方法先将种子乳液放入容器中，加入氟硅烷和表面活性剂，室温搅拌0.5-1h，然后在水中分散得到的乳液，然后将其喷涂到基材表面，喷涂厚度为200-800nm，然后在125-135℃下加热0.5-2h，得到超双疏涂层；此发明强调使用工业品乳液直接制备超双疏涂层，与使用纳米粒子相比操作简单，分散较好，所制备的超双疏涂层性能稳定。中国专利(申请公布号CN102776548A、申请公布日2012年11月14日)公开了一种在钢材表面制备超疏水膜层的复合电镀方法；其首先对钢材进行打磨、抛光、活化处理，再在复合镀液(包括镍磷镀液和纳米聚四氟乙烯颗粒)中，对钢材复合电镀处理后，在钢材表面形成一层微纳结构，最后再将此钢材转入真空炉中进行热处理；此发明强调其适用于各种类型钢铁材料的表面处理，应用范围广。中国专利(授权公告号为CN104072792B，授权公告日为2017年7月4号)公开了一种超疏水聚四氟乙烯薄膜的制备方法；该方法先将PTFE乳液15-40份、超纯水40-54份、醋酸锌8-25份、氯化钠或氯化钾1-20份，搅拌均匀；在基底上采用浸涂法制膜，干燥后，360-380℃煅烧20-40min，1mol/L醋酸溶液浸泡30min，得到的超疏水聚四氟乙烯薄膜，接触角为150.5°-155.6°，滚动角小于30°；此发明在PTFE乳液中添加醋酸锌、氯盐，利用相分离原理和浸涂制膜的方式，获得具有微米和纳米结构的聚四氟乙烯，煅烧处理后再用醋酸腐蚀处理后，从基底上取下交联固化的聚四氟乙烯薄膜，得到微米-纳米结构的多孔聚四氟乙烯薄膜；此发明中提及此技术方法简单，易于规模化生产，表面耐磨性好，且能再修复和反复使用，其反应原理主要是利用醋酸锌在分解温度下生成氧化锌，制成超疏水薄膜所需的粗糙度。中国专利(授权公告号CN103992701B，授权公告日为2016年9月7日)公开了一种含有纳米粒子的超疏水高分子复合涂层的制备方法；该方法先将偶联剂与水解促进剂和去离子水混合进行常温水解，加入纳米粒子，磁力搅拌下、50～100℃反应0.25～5h经后处理得到改性纳米粒子粉末(氧化铝、二氧化硅)；再将所述的改性纳米粒子粉末过筛后，与含氟聚合物乳液(聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯)混合，经稀释剂稀释后搅拌均匀，涂布在金属基底上，经高温固化、退火处理后冷却至室温；此发明强调提出了一种简单的制备含有纳米粒子的超疏水性高分子复合涂层的方法，通过对纳米粒子进行偶联剂修饰，同时省去纳米粒子疏水化处理过程中pH的调节过程，将改性后的纳米粒子加入高分子复合膜涂料中，通过纳米粒子-偶联剂的成键与含氟聚合物分子长链的相互作用达到稳定的目的。尽管上述专利技术都能制备出含PTFE的特殊润湿性表面，但这些技术方法都或多或少存在成本高、环境污染物多、工艺步骤多、各流程控制条件复杂、需特定仪器设备支持、涂层均匀性与基体结合性差等缺点，不适合大规模工业应用。