CN103060773A - 一种透明超疏水表面材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水表面材料的制备方法，包括：超疏水粉体分散在溶剂中，再加入引发剂混合均匀；将混合均匀的悬浮液喷涂到基材的表面；将聚合物单体化学气相沉积聚合至已喷涂过的基材上得到透明的超疏水表面。与现有技术相比，采用本发明方法制备的超疏水表面材料适合多种基材，可广泛应用于制备防水雾、自清洁材料的领域。本发明工艺简单易行，适用于大规模工业生产。

Description

一种透明超疏水表面材料的制备方法
技术领域
本发明属于超疏水表面材料制备的技术领域，具体涉及一种超疏水表面材料的制备方法。
背景技术
自然界中，许多植物表面、水禽羽毛都具有超疏水性，这种超疏水性带来的自清洁效应引起了研究者的极大兴趣。这些动、植物的表面一般都分泌有疏水的油脂或蜡，而且表面非常粗糙，与水的接触角可达150°以上。以荷叶为例，荷叶表面有许多微米级小乳突，而这些乳突及乳突之间又被众多纳米级的蜡晶所覆盖。这种微纳二次结构不仅减少了固液接触面积，而且也使得表面与污染物的接触面积较少，作用力较弱，液滴滚动时，表面的污染物很容易被带走。超疏水表面的这种自清洁特性引起了研究者的极大兴趣。研究发现提高表面的粗糙度并降低表面能可以显著地增强材料表面的疏水性。
常见的制备超疏水表面的方法就有：化学刻蚀法、模版法、电化学法、自组装法、电纺丝法等，通常这些方法对基材表面要求比较高，且不具有普适性很难大规模生产。中国专利CN 101456016A采用喷涂法制备超疏水表面，喷涂方法得到的超疏水膜比较厚，同时厚度难以控制。氧化物粉体是一种常见的用来制备超疏水表面的材料，在基材上涂上疏水性的粉体就可以达到超疏水的效果，但是在制备过程中容易发生粉体脱落的现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面材料厚度可控、与基材粘结牢固、工艺简单、适用于工业化生产的透明超疏水表面材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1).配制超疏水粉体悬浮液，将超疏水粉体分散在溶剂中，同时加入引发剂，通过超声分散的方式使粉体与引发剂混合且分散均匀，得到混合均匀的悬浮液；
(2).将步骤(1)得到的疏水粉体分散液均匀喷涂到基材的表面并干燥，喷涂之前将基材的表面用去离子水清洗干净并且干燥；
(3).将单体蒸气通过化学气相沉积聚合至已涂过含疏水粉体悬浮液的基材上，维持10min～60min，得到透明超疏水表面材料。
所述的超疏水粉体选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌中的一种，尺寸在10nm～100nm。
所述的超声分散是指将粉体悬浮液在超声分散仪中分散10min～60min。
分散溶剂选自水、乙醇、苯、甲苯、三氯甲烷、二氯甲烷或者丙酮中的一种或者多种的混合物。
所述的引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、2，3-二氰基-2，3-二苯基丁二酸二乙酯中的一种，其用量按质量计为超疏水粉体的1％～10％。
所述的悬浮液质量分数为0.01％～0.1％。
所述的均匀喷涂是指喷涂后超疏水粉体的喷涂密度在1g/m2～50g/m2。
所述的单体蒸气是指70℃～120℃下的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、二乙烯基苯、醋酸乙烯酯中的一种或几种的混合蒸气。
所述基材选自陶瓷、玻璃、石材、金属或者聚合物材料中的一种或多种。
所得到的超疏水表面材料为透明材料，透光率90％～99％。
与现有技术相比，本发明在二氧化硅的悬浮液里加入引发剂，然后通过化学气相沉积聚合的方法在基材表面镀上聚合物，既起到了粘附疏水粉体的效果，也保持了疏水性，同时还可以达到透明的效果，且超疏水膜的厚度可控，得到的超疏水表面厚度在100nm～10μm之间，接触角为150°～170°；本发明工艺简易可行，同时适用于工业化生产。
本发明采用化学气相沉积聚合的方法一方面可以提供黏着超疏水材料的介质，另一方面可以精确控制疏水膜的厚度，得到透明的超疏水膜，另外，通过聚合条件的调节控制聚合物厚度达到功能化，例如，调节厚度可以过滤一部分光线，比如紫外光。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步说明。
实施例1
一种透明超疏水表面材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置超疏水粉体悬浮液，将50nm的二氧化硅粉体分散在丙酮溶液中配置成质量百分数为0.01％的悬浮液200g，同时加入0.1g十二烷基磺酸钠及0.1g过氧化苯甲酰，超声分散30min使粉体与添加剂混合且分散均匀；
步骤2：将30cm×30cm的玻璃表面用去离子水清洗干净并干燥，然后将步骤1得到的悬浮液117g均匀喷涂到基材的表面并干燥；
步骤3：在密闭容器内，将70℃的苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的蒸气以氮气为载体通至步骤2后的玻璃表面，维持30min，经过化学气相沉积聚合，得到透明的疏水层，厚度为150nm。经过测试，水相接触角为154±3°，透光率94.5％。
实施例2
一种透明超疏水表面材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置超疏水粉体悬浮液将50nm的二氧化硅粉体分散在丙酮溶液中配置成质量百分数为0.02％的悬浮液200g，同时加入0.1g十二烷基磺酸钠及0.1g过氧化苯甲酰，超声分散30min使粉体与添加剂混合且分散均匀；
步骤2：将30cm×30cm的玻璃表面用去离子水清洗干净并干燥，然后将步骤1得到的悬浮液60g均匀喷涂到基材的表面并干燥；
步骤3：在密闭容器内，将80℃的苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的蒸气通至步骤2后的玻璃表面，维持30min，经过化学气相沉积聚合，得到透明的疏水层，厚度为400nm。经过测试，水相接触角为156±3°，透光率96.5％。
实施例3
一种透明超疏水表面材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配置超疏水粉体悬浮液
将50nm的二氧化硅粉体分散在丙酮溶液中配置成质量百分数为0.05％的悬浮液200g，同时加入0.1g十二烷基磺酸钠及0.1g过氧化苯甲酰，超声分散30min使粉体与添加剂混合且分散均匀；
步骤2：将30cm×30cm的玻璃表面用去离子水清洗干净并干燥，然后将步骤1得到的悬浮液20g均匀喷涂到基材的表面并干燥；
步骤3：在密闭容器内，将90℃的苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的蒸气通至步骤2后的玻璃表面，维持30min，经过化学气相沉积聚合，得到透明的疏水层，厚度为1μm。经过测试，水相接触角为159±3°，透光率98％。
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 (10)

1.一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1).配制超疏水粉体悬浮液，将超疏水粉体分散在溶剂中，同时加入引发剂，通过超声分散的方式使粉体与引发剂混合且分散均匀，得到混合均匀的悬浮液；
(2).将步骤(1)得到的疏水粉体分散液均匀喷涂到基材的表面并干燥，喷涂之前将基材的表面用去离子水清洗干净并且干燥；
(3).将单体蒸气通过化学气相沉积聚合至已涂过含疏水粉体悬浮液的基材上，维持10min～60min，得到透明超疏水表面材料。
2.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的超疏水粉体选自二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化锌中的一种或多种，尺寸在10nm～100nm。
3.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的超声分散是指将粉体悬浮液在超声分散仪中分散10min～60min。
4.根据权利要求1或3所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，分散溶剂选自水、乙醇、苯、甲苯、三氯甲烷、二氯甲烷或者丙酮中的一种或者多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂选自偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、2，3-二氰基-2，3-二苯基丁二酸二乙酯中的一种或多种，其用量按质量计为超疏水粉体的1％～10％。
6.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的悬浮液质量分数为0.01％～0.1％。
7.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的均匀喷涂是指喷涂后超疏水粉体的喷涂密度在1g/m2～50g/m2。
8.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述的单体蒸气是指70℃～120℃下的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、二乙烯基苯、醋酸乙烯酯中的一种或多种的混合蒸气。
9.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所述基材选自陶瓷、玻璃、石材、金属或者聚合物材料中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种透明超疏水表面材料的制备方法，其特征在于，所得到的超疏水表面材料为透明材料，透光率90％～99％。
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