[发明专利]一种超双疏涂层的制备及其应用

说明书

本发明涉及具有优异性能的超双疏涂层的制备及其应用，包括：将二氧化硅微纳米粒子分散于含有氨水的无水乙醇溶液中；依次加入正硅酸四乙酯和十七氟癸基三乙氧基硅烷进行水解、包覆；再加入正硅酸四乙酯和十七氟癸基三乙氧基硅烷进行水解，生成聚硅氧烷，喷涂、固化，即得。通过利用成本低廉的不同尺寸的二氧化硅粒子构成出具有多级粗糙度的微纳米结构，可以完全排斥正己烷液滴，从而避免被多种有机液滴污染，并且可以耐高温流体以及紫外线照射，具有广泛的用途，为超双疏涂层实现真正的工业化提供了新的思路。

技术领域

本发明属于超双疏涂层制备领域，具体涉及具有优异性能的超双疏涂层的制备及性能研究。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着2001年超双疏的概念首次提出，其因为在自清洁，微液滴运输，防结冰，减阻等领域的广泛应用得到了快速的发展。一般的，将水滴和有机液滴在固体表面的静态接触角大于150°，滑动角小于10°的表面称为超双疏表面。相比于具有单一超疏水性的表面来说，超双疏表面的制备更需要精密的粗糙结构，像如悬垂结构，层级结构等。到目前为止，采用刻蚀法，溶胶凝胶法等方法已经研究出多种超双疏表面，但这些表面会因为诸多因素的限制从而无法实现真正的工业化应用。例如涂层在实际应用中会接触到比自身表面自由能低的液体，就容易被该液体润湿，从而被污染，并且现阶段构造超双疏涂层的方法过于繁琐，成本较高，无法实现大规模的工业化应用。自从发现水银可以在固体表面弹跳以来，液滴是否可以在固体表面弹跳也成为了衡量涂层疏液性的重要指标之一。当液体冲击固体表面时，可能会发生飞溅，沉积，反弹等不同的状态，只有当疏液性较好时，才有可能使液滴反弹。接触时间是指液滴在接触固体表面的瞬间到离开固体表面时所需要的时间，其默认的状态便是液滴可以在超疏液表面进行弹跳，并且固液接触也代表着能量的转换，因此对其进行研究是有意义的。故通过对接触时间的探究来表示固体表面的疏液程度。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种微纳米二氧化硅分级结构，制备出了一种价格低廉，具有优异性能的超双疏表面，对表面张力为18.4mN/m的正己烷可以达到完全排斥的效果，且制备工艺简单，可进行大规模喷涂，为超双疏涂层的工业化铺平了道路。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有优异性能的超双疏涂层的制备方法，包括：

将二氧化硅微纳米粒子分散于含有氨水的无水乙醇溶液中；

依次加入正硅酸四乙酯和十七氟癸基三乙氧基硅烷进行水解，生成SiO₂包覆所述二氧化硅微纳米粒子；

再加入正硅酸四乙酯和十七氟癸基三乙氧基硅烷进行反应，生成聚硅氧烷，即：超双疏悬浮液；

将所述超双疏悬浮液喷涂在基体材料上、固化，即得。

本申请通过二氧化硅微纳米粒子的水解包覆、聚硅氧烷生成的两步处理，构建出具有多级粗糙度的微纳米结构，可以完全排斥正己烷液滴(表面张力18.4mN/m)，从而避免被多种有机液滴污染，并且可以耐高温流体以及紫外线照射。

本申请研究发现：当加入不同粒径二氧化硅微纳米粒子时，涂层会形成不同的粗糙结构。因此，在一些实施例中，所述二氧化硅微纳米粒子的粒径为25nm～5um，以获得超双疏表面。

在一些实施例中，所述二氧化硅微纳米粒子与无水乙醇的质量体积比为0.3～0.5：30，以使二氧化硅微纳米粒子充分分散，便于后续的包覆和聚硅氧烷生成。

在一些实施例中，所述无水乙醇与氨水的体积比为3～5：1～2，使正硅酸四乙酯在碱性条件下水解，形成具有多级粗糙度的微纳米结构。