[发明专利]一种超浸润涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种超浸润涂层的制备方法，包括以下步骤：将预涂有疏水试剂的基材置于等离子体聚合反应器的放电区内，然后将放电区密封，接通电源进行等离子处理，得到超浸润涂层。本发明中的方法具有无需特别前处理、聚合反应器小巧且调整方便、无需特殊工作气体、常温常压、反应迅速、试剂消耗极小、能耗低、无“三废”排放的技术特点；制备的疏水涂层具有疏水性好、涂层均匀、结合力牢、耐侯性好等良好品质；这是一种具有极大市场应用潜力的疏水涂层及含疏水区域超浸润涂层的制备技术。

技术领域

本发明属于功能性材料技术领域，尤其涉及一种超浸润涂层的制备方法。

背景技术

超浸润材料包括超亲水及超疏水材料，其中超亲水材料为液滴与其表面的接触角接近0°，水可以在表面迅速散开并形成完全润湿表面的材料，而超疏水材料则为接触角大于150°，且水滴在表面无法滑动铺展而保持球型滚动状的材料。随着仿生学的兴起，人们从自然界中发现水滴在不同天然疏水表面上具有不同的粘附行为。例如，水与荷叶表面的接触角很大且粘附力很低，水滴很容易粘附污垢从荷叶表面滚落下来，达到自清洁的效果，研究人员把这种超疏水低粘附力的现象定义为“荷叶效应”。荷叶表面覆盖随机分布的10μm高乳突，每个乳突上有高约100nm的疏水性蜡质结晶物，这种表面微纳粗糙结构具有较强的握持半稳态滞留空气的能力，从而形成托举水滴的空气层，使水滴无法进入纳米间隙，使荷叶表面表现出超疏水性的低水粘附力。再例如，纳米布沙漠甲虫靠从背上的凸起收集周围大气中的水蒸气来维持生存。研究发现，这种甲虫凹凸不平的背甲表面包含了交替涂蜡的疏水区域和非蜡质的亲水区域，水蒸气会在背甲上发生凝结，而凸起表面含有大量尺寸约为100μm的亲水区域，作为水汽凝结的成核的位点。当冷凝液滴达到临界尺寸后，液滴会在蜡质疏水区域进行输送，当临界液滴沿蜡质疏水区运输到其口中时，即发生贮存。

受到自然界中生物超浸润表面的启发，人们采用刻蚀、电化学、热裂解、化学沉积、相分离、模板法、溶胶-凝胶、化学修饰、自组装、静电纺等方法仿生构筑了超浸润表面，开发出了应用于抗污、自清洁、降低流阻、防覆冰、雾气收集等领域的功能性材料，这些材料可用于汽车挡风玻璃、电缆防雪防冻保护层、飞机机翼抵御层流气流保护层、抗污自清洁纺织品和水汽收集材料等。但上述方法存在前处理复杂、反应时间长、试剂消耗量大、有大量废水产生、能耗高等相关问题。

低温等离子体诱导聚合技术因其能耗低、可控、反应过程清洁无污染等优点而被广泛应用于浸润性表面的制备，其是通过放电过程产生的高能电子、强氧化性的活性基团等诱导聚合单体分子在基材表面发生聚合接枝，从而在基材表面原位聚合制备浸润性涂层。对于利用等离子体处理制备疏水性涂层，通常的方法是利用等离子体增强(PECVD)化学气相沉积的方法引发疏水性分子(长链烃、氟化烷烃等)在基材表面的聚合接枝，或者通过预涂饰疏水试剂在样品表面再将其放置于真空腔内接受等离子体处理。在等离子体制备疏水涂层过程中，含氟气体(CF₄等)或惰性气体(氩气等)通常作为反应的工作气体，且处理过程须在真空腔室内完成，制备工艺较为繁琐，且较难实现连续生产；如在常压下进行制备，则须通保护气来隔绝空气，以防止空气中氮气及氧气在高压电场中被电离形成含氮及含氧的活性基团，使得基材表面亲水化或极大降低涂层的疏水性。此外，上述方法生产成本均较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超浸润涂层的制备方法，本发明中的制备方法在常压下、无需保护气环境即可制备得到疏水的超浸润涂层。

本发明提供一种超浸润涂层的制备方法，包括以下步骤：

将预涂有疏水试剂的基材置于介质阻挡放电等离子体反应器的放电区内，然后将放电区密封，接通电源，在常压下进行低温等离子诱导原位聚合处理，得到超浸润涂层。

优选的，所述低温等离子诱导原位聚合处理的工作气体为有限容积的密闭的放电区内的空气。

优选的，使用橡胶密封圈将放电区进行密封，隔绝外界空气。

优选的，所述预涂有疏水试剂的基材按照以下步骤制得：