CN102086375A - 一种对基体表面进行超疏水改性处理实现自清洁的方法 - Google Patents
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Abstract
一种对基体表面进行超疏水改性处理实现自清洁的方法：1)将无机基体清洗，烘干，放至室温；2)将步骤1处理的无机基体紫外线照射；3)在无机基体上制备超疏水涂层，制得具有超疏水性能的自清洁表面。基体为聚合物基体时，先在该聚合物基体上制备硅烷缓冲层，然后操作上述步骤2和步骤3。三蒸水在本发明制备的基体表面的接触角可达到150°，此超疏水涂层可有效地防止杂质污染，实现自清洁。超疏水涂层具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种对金属氧化物、聚合物、金属基体表面进行超疏水改性处理以实现自清洁的方法。
背景技术
作为润湿性中的极端情况，接触角大于150°的超疏水表面以其在自清洁材料方面具有潜在的优势而备受关注，在国防、工农业生产及日常生活中有着广泛的应用前景。基于Wenzel和Cassie模型，超疏水表面的获得需要两个条件：低表面能和高表面粗超度。国内外在制备超疏水表面方面进行了大量的研究，主要的方法有熔融物的固化、刻蚀、化学气相沉积法、阳极氧化法等。但是这些方法不仅实验条件要求比较苛刻，成本高，不利于进行大规模工业化生产，因而其实际应用受到限制。同时这些制备方法对基体的要求比较高，如要求基体耐高温、导电等等，这些都限制了其在实际生产上的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对基体表面进行超疏水改性处理实现自清洁的方法。
为实现上述目的，本发明选用了原料广泛易得的三氯硅烷偶联剂，利用自组装法制备了接触角大于150°的超疏水自清洁表面，同时具有优异的稳定性。本发明采用的基体可以是无机基体或聚合物基体，采用的基体为无机基体时的主要骤如下：
1)将无机基体(比如但不限于：玻璃、硅晶片、云母、蓝宝石、石英或碳化硅等)清洗，烘干，放至室温；
2)将步骤1处理的无机基体紫外线照射；
3)在无机基体上制备超疏水涂层：
将步骤2处理的无机基体浸入体积浓度为0.5-5％的三氯硅烷/甲苯溶液中1-60分钟，取出用甲苯清洗，于90-120℃下加热5-10分钟，放至室温，即制得具有超疏水性能的自清洁表面。
本发明采用的基体为聚合物基体时(比如但不限于：聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺酯或聚丙烯酸酯)，在聚合物基体清洗，烘干，放至室温后，先在该聚合物基体上制备硅烷缓冲层，即：浸入体积浓度为0.5-1％的硅烷/丙酮溶液中2-20分钟，取出用丙酮清洗，于90-120℃下放置5-10分钟，再放至室温。然后操作上述步骤2和步骤3。
本发明的硅烷缓冲层可以是但不限于对氨丙基三乙氧基硅烷缓冲层或对氨丙基三甲氧基硅烷缓冲层。
本发明对无机基体或聚合物基体的清洗是用水、乙醇、丙酮依次作超声波清洗。
本发明的三氯硅烷可以是但不限于：十八烷基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、苯基三氯硅烷或对甲基苯基三氯硅烷。
本发明的制备方法工艺简单、无需特别的仪器设备；无污染；效果显著；疏水膜稳定可靠；另外所使用的原料成本低，为工业化生产提供了前提条件。该工艺条件获得的超疏水表面可以有效地防止基体表面被灰尘、杂质的污染，从而实现自清洁。
附图说明
图1是实施例1采用硅晶片为基体制备得到的超疏水表面在放大10000倍条件下的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的疏水表面上水滴的接触角测定图。
图3是实施例2采用聚合物基体制备得到的超疏水表面在放大20000倍条件下的扫描电镜照片。
图4是实施例2制备的疏水表面上水滴的接触角测定图。
具体实施方式
实施例1：
以硅晶片为基体
第一步：清洗：硅晶片在水、乙醇、丙酮依次超声5分钟，105℃烘干5分钟，取出后放至室温；
第二步：紫外线照射5分钟；
第三步：在基体上制备超疏水涂层：将上述第二步处理的基体浸入1％十八烷基三氯硅烷/甲苯溶液中2分钟，甲苯洗两次，105℃加热5分钟，放至室温，即制得具有超疏水性能的自清洁表面。
采用扫描电子显微镜(JSM-7401F)扫描本发明制得的超疏水硅晶片基体的表面形貌，如图1所示，结果表明超疏水表面存在纳米级的粗糙结构，满足超疏水性能所需要的粗糙度。
采用接触角仪对硅晶片上构建的超疏水表面进行表征。如图2所示，涂层表面具有优异的憎水效果，接触角为150°，可以实现聚合物表面的自清洁。
实施例2
以聚对苯二甲酸乙二酯(聚酯)膜为基体
本实施例的聚合物基体的自组装化学反应过程为：
(1)硅烷缓冲层及紫外光照
(2)疏水聚合物表面制备
具体制备步骤为：
第一步：清洗：聚酯膜在水、乙醇、丙酮依次超声5分钟，105℃烘干5分钟，取出后放至室温；
第二步：制备硅烷缓冲层：将上述第一步处理的基体浸入1％浓度的对氨丙基三乙氧基硅烷/丙酮溶液中5分钟，取出丙酮清洗一次，105℃加热10分钟，放至室温；
第三步：紫外线照射5分钟；
第四步：在基体上制备超疏水涂层：将上述第三步处理的基体浸入1％乙烯基三氯硅烷/甲苯溶液中2分钟，甲苯洗两次，105℃加热5分钟，放至室温，即制得具有超疏水性能的自清洁表面。
采用扫描电子显微镜(JSM-7401F)扫描本发明制得的超疏水聚酯膜基体的表面形貌，如图3所示，结果表明超疏水表面存在纳米级的粗糙结构，满足超疏水性能所需要的粗糙度。
采用接触角仪对聚酯膜上构建的超疏水表面进行表征。如图4所示，涂层表面具有优异的憎水效果，接触角为155°，可以实现聚合物表面的自清洁。
本发明可以避免在改性过程中基体受到破坏、造成环境污染，同时不需要特殊设备，因此本发明的基体表面改性方法是一种无损伤、无污染、效果显著、稳定可靠的简单工艺，该工艺条件获得的超疏水表面可以有效地防止基体表面被灰尘、杂质的污染，从而实现自清洁。
Claims (7)
1.一种对无机基体表面进行超疏水改性处理实现自清洁的方法，主要步骤如下：
1)将无机基体清洗，烘干，放至室温；
2)将步骤1处理的基体紫外线照射；
3)在无机基体上制备超疏水涂层：
将步骤2处理的无机基体浸入体积浓度为0.5-5％的三氯硅烷/甲苯溶液中1-60分钟，取出，用甲苯清洗，于90-120℃下加热5-10分钟，放至室温，即制得具有超疏水性能的自清洁表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无机基体为玻璃、硅晶片、云母、蓝宝石、石英或碳化硅。
3.一种对聚合物基体表面进行超疏水改性处理实现自清洁的方法，主要步骤如下：
1)聚酯膜清洗，取出后放至室温；
2)制备硅烷缓冲层
将步骤1处理的聚合物基体浸入体积浓度为0.5-1％的硅烷/丙酮溶液中2-20分钟，取出，用丙酮清洗，于90-120℃下放置5-10分钟，再放至室温；
3)将步骤2处理的聚合物基体用紫外线照射；
4)在聚合物基体上制备超疏水涂层：
将步骤3处理的聚合物基体浸入体积浓度为0.5-5％的三氯硅烷/甲苯溶液中1-60分钟，取出，用甲苯清洗，于90-120℃下加热5-10分钟，放至室温，即制得具有超疏水性能的自清洁表面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，聚合物基体为聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺酯或聚丙烯酸酯。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，硅烷缓冲层为对氨丙基三乙氧基硅烷缓冲层或对氨丙基三甲氧基硅烷缓冲层。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，对无机基体或聚合物基体的清洗是用水、乙醇、丙酮依次作超声波清洗。
7.根据权利要求1或3所述的方法，其中，三氯硅烷为十八烷基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、苯基三氯硅烷或对甲基苯基三氯硅烷。
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