CN103014695A - 一种疏水性铝材表面的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏水性铝材表面的处理方法，首先将需要处理的铝材放入乙醇溶液中超声清洗表面后在室温下晾干，然后放入碱性溶液中，室温下静置一段时间，铝材取出干燥，之后在较高温度下烘干后得到表面具有层状氢氧化物Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O的铝材。本发明的表面处理在室温下进行，与其他表面处理方法相比，具有工艺简单、条件温和等优点，是一种经济实用、可工业化生产的处理方法，且铝材表面形成一种层状氢氧化物Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O（简称Mg-Al-LDH），其结构稳定，具有良好的疏水性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝材表面处理方法，具体是一种疏水性铝材表面的处理方法。
背景技术
铝以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧化而被广泛使用。对于疏水性的固体表面来说，由于水的表面张力作用，使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达160度，并且水珠可以很自由地在表面滚动。即使表面上有了污物，很会被滚动的水珠带走，这种表面就具有的“自清洁”能力。这种铝材适合用在厨卫、建筑外墙、露天广告牌等地方，保持材料表面清洁，防止细菌的滋生，例如，用于船舶防污的涂料只有当其与海水的接触角大于98度时，才能防止海生物附着，从而具有防污效果。这种仿生的疏水性结构，也可用在输水管道等地方，克服流固表面的摩擦阻力，增加管道内液体的流速，保持管材本身内部的清洁。研究表明，当水在疏水材料表面的接触角小于15度时具有高的流动性，接触角小于10度时有自清洁效果，接触角小于7度时有防雾效果。
目前超疏水表面的研制方法主要有：熔融物的固化、刻蚀、化学气相沉积法、阳极氧化法、乳液聚合、相分离法以及模板法等。但是这些方法涉及复杂的化学物质和晶体生长过程，实验条件比较苛刻，成本高，还不能进行工业化生产，因而其实际应用受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种疏水性铝材表面的处理方法，处理方法中所用原料成本较低、方法操作方便，处理后得到自清洁的铝材，其铝材本身的物理、化学性能没有变化。
本发明的技术方案为：
一种疏水性铝材表面的处理方法，包括以下步骤：
（1）、铝表面的预处理：
把铝材放在装有浓度为10-80%（vt%）的乙醇溶液的容器中浸泡，浸泡时间为10-60min；随后把容器放于超声仪器中进行超声处理，超声频率为20-100kHz，超声1-60min后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、在碱性溶液中反应：
将晾干后的铝材静置在碱性溶液中并在室温下放置1-10天，碱性溶液是由氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水混合而成或由氢氧化镁和氢氧化钠溶于水混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝材进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O（简称Mg-Al-LDH），其中，0<x<1。
其特征在于：所述的步骤（1）中的容器选用烧杯。
所述的氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水制成的碱性溶液中，氢氧化镁、氢氧化钠和氨水的质量比为1:（0.3-2）：（0.2-2）；所述的氢氧化镁和氢氧化钠溶于水制成的碱性溶液中，氢氧化镁和氢氧化钠的质量比为1:（0.3-2）。
所述的步骤（2）制备的氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水制成的碱性溶液的质量浓度为5%-200%；所述制备的氢氧化镁和氢氧化钠溶于水制成的碱性溶液的质量浓度为5%-200%。
所述的氨水的质量浓度为0.5%-200%。
所述的步骤（3）中的干燥温度是40-100℃。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1、本发明的表面处理在室温下进行，与其他表面处理方法相比，具有工艺简单、条件温和等优点，是一种经济实用、可工业化生产的处理方法；
2、本发明处理后的铝片表面形成一种层状氢氧化物Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O（简称Mg-Al-LDH），其结构稳定，具有良好的疏水性能。
附图说明
图1是铝材表面静置水滴接触角的结构示意图。
具体实施方式
为更好理解本发明，现以铝片的表面处理为例，非限定实施例叙述如下：
实施例1
（1）、将尺寸为30mm*30mm铝片放在装有浓度为50%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡20分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为80kHz，超声20分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝片静置在碱性溶液中并在室温下放置7天，碱性溶液是由2克氢氧化镁、3克氢氧化钠和2克氨水（质量浓度为80%）溶于100mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝片在60℃下进行干燥处理，即在铝片表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
实施例2
（1）、将尺寸为20mm*40mm铝片放在装有浓度为80%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡10分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为60kHz，超声5分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝片静置在碱性溶液中并在室温下放置7天，碱性溶液是由10克氢氧化镁和20克氢氧化钠溶于150mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝片在80℃下进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
实施例3
（1）、将尺寸为20mm*40mm铝片放在装有浓度为80%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡10分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为60kHz，超声5分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝片静置在碱性溶液中并在室温下放置1天，碱性溶液是由3克氢氧化镁、1.5克氢氧化钠和0.6克氨水（质量浓度为200%）溶于100mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝片在80℃下进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
实施例4
（1）、将直径为20mm、长度为10mm的铝棒放在装有浓度为10%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡60分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为100kHz，超声60分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝棒静置在碱性溶液中并在室温下放置10天，碱性溶液是由5克氢氧化镁、10克氢氧化钠和10克氨水（质量浓度为0.1%）溶于200mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝棒在40℃下进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
实施例5
（1）、将直径为20mm，长度为10mm的铝棒放在装有浓度为30%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡40分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为20kHz，超声40分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝棒静置在碱性溶液中并在室温下放置3天，碱性溶液是由2克氢氧化镁、3克氢氧化钠和2克氨水（质量浓度为150%）溶于100mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝棒在100℃下进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
实施例6
（1）、将质量为20克的无规则形状铝材放在装有浓度为70%（vt%体积百分浓度）乙醇溶液的烧杯中浸泡，浸泡50分钟；随后把此烧杯放于超声仪器中超声处理，超声频率为40kHz，超声30分钟后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、将晾干后的铝材静置在碱性溶液中并在室温下放置8天，碱性溶液是由7克氢氧化镁和8克氢氧化钠溶于100mL蒸馏水中混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝材在90℃下进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
按实施例1-6处理后的铝材，其表面静置水滴的接触角的测试方法，包括以下步骤：在处理后的铝材表面滴加5-10微升的蒸馏水，由于液滴很小，可视为重力忽略的理想球冠型，见图1；
其接触角的计算公式为： 
；
上述公式中r表示球型液滴底面圆的半径，h表示液滴的高度。
以上实施例中所得材料表面静置水滴接触角的测量数据如表1：
表1实施例中所得材料表面静置水滴接触角的测量结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | |
| 水滴接触角（度） | 158 | 150 | 168 | 155 | 163 | 160 |
从表1中可以看出本发明的反应条件温和，操作简单；并经本发明方法处理后的铝材表面的静置水滴接触角的度数均大于150度，水滴可在材料表面自由滚动，阻力较小，可防止水中污染物的沉积，具有良好的自清洁性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、铝表面的预处理：
把铝材放在装有浓度为10-80%（vt%）的乙醇溶液的容器中浸泡，浸泡时间为10-60min；随后把容器放于超声仪器中进行超声处理，超声频率为20-100kHz，超声1-60min后取出铝材放于室温下晾干；
（2）、在碱性溶液中反应：
将晾干后的铝材静置在碱性溶液中并在室温下放置1-10天，碱性溶液是由氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水混合而成或由氢氧化镁和氢氧化钠溶于水混合而成；
（3）、洗涤干燥：取出碱性溶液处理后的铝材进行干燥处理，即在铝材表面形成具有疏水性的层状氢氧化物：Mg1-xAlx(OH)2(CO3 2-)x/2·mH2O，其中，0<x<1。
2.根据权利要求1所述的一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的容器选用烧杯。
3.根据权利要求1所述的一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于：所述的步骤（2）氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水制成的碱性溶液中，氢氧化镁、氢氧化钠和氨水的质量比为1:（0.3-2）：（0.2-2）；所述的氢氧化镁和氢氧化钠溶于水制成的碱性溶液中，氢氧化镁和氢氧化钠的质量比为1:（0.3-2）。
4.根据权利要求3所述的一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于：所述的步骤（2）制备的氢氧化镁、氢氧化钠和氨水溶于水制成的碱性溶液的质量浓度为5%-200%；所述制备的氢氧化镁和氢氧化钠溶于水制成的碱性溶液的质量浓度为5%-200%。
5.根据权利要求1所述的一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于：所述的氨水的质量浓度为0.5%-200%。
6.根据权利要求1所述的一种疏水性铝材表面的处理方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的干燥温度是40-100℃。
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|---|---|---|---|---|
| CN109338451A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-02-15 | 中国科学院海洋研究所 | 一种铝基抗腐蚀、抗微生物附着超疏水膜及其制备方法 |
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2012
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