CN103755391B - 一种疏水陶瓷表面的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种疏水陶瓷表面的制备方法，包括：步骤1，将待处理的陶瓷表面清洗干净，烘干备用；步骤2，将硅烷化合物/有机溶剂的混合溶液的PH值调节到8.0-9.0之间，以得到第一溶液。步骤3，将经所述步骤1处理后的所述陶瓷置于所述第一溶液中，并超声处理第一预定时间。步骤4，向所述第一溶液中加入金属粉末、以及水和丙酮的混合溶剂，并超声处理第二预定时间。步骤5，从所述第一溶液中取出所述陶瓷，从而得到疏水陶瓷。发明投入设备简单，成本低，工艺简单，可重复性能好，生产周期可以控制在数分钟内，生产效率高，适合规模化生产。

Description

一种疏水陶瓷表面的制备方法
技术领域
本发明涉及疏水陶瓷领域，特别是涉及一种疏水陶瓷表面的制备方法。
背景技术
随着科技的进步，人们对陶瓷性能的要求越来越高，开发的制备具有特殊性能的陶瓷材料成为新的科研热点。对陶瓷材料进行表面疏水化改性，在节能，环保，提高人们生活质量上有着积极的意义。
降低陶瓷材料表面自由能和增加材料表面微观粗糙度是提高材料表面疏水性能的重要途径。已有报道的陶瓷材料表面疏水化处理方法有：低表面能物质的表面修饰，掺杂法，模板法，刻蚀法，溶胶-凝胶(sol-gel)法，气相沉积法，由纳米硅、TiO2等构成疏水性表面等。部分现有的技术常常从陶瓷材料本身输水性能入手制备疏水陶瓷，或者需要重新设计、制备疏水涂层，导致了成本高，工艺复杂，难推广等不足。尤其是大部分方法对于异型陶瓷表面，难以实现疏水性质的均一性和完整性。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要昂贵的设备投入、无需复杂的物理化学处理、生产周期短、成本低、可控性好、容易实现规模化生产的疏水陶瓷表面的制备方法。
作为本发明的一方面，提供了一种疏水陶瓷表面的制备方法，包括：
步骤1，将待处理的陶瓷表面清洗干净，烘干备用；
步骤2，将硅烷化合物/有机溶剂的混合溶液的PH值调节到8.0-9.0之间，以得到第一溶液；优选地，所述硅烷化合物为氯硅烷、氟代氯硅烷、硅氧烷化合物或其聚合物；优选地，所述有机溶剂为甲苯。
步骤3，将经所述步骤1处理后的所述陶瓷置于所述第一溶液中，并超声处理第一预定时间；优选地，所述第一预定时间为1-30分钟，优选为5分钟。
步骤4，向所述第一溶液中加入金属粉末、以及水和丙酮的混合溶剂，并超声处理第二预定时间；优选地，所述金属粉末为铁粉、铝粉或锌粉等。优选地，所述第二预定时间为3-30分钟，优选为5分钟。
步骤5，从所述第一溶液中取出所述陶瓷，从而得到疏水陶瓷。
优选地，所述步骤2中，采用有机碱将硅烷化合物/有机溶剂的混合溶液的PH值调节到8.0-9.0之间。优选地，所述有机碱为三乙胺。
优选地，所述制备方法还包括：采用H2SO4/H2O2对所述陶瓷进行活化处理。优选地，所述H2SO4/H2O2的体积比为n：m，其中，30vol.%<n<70vol.%，30vol.%<m<70vol.%，特别地，所述H2SO4/H2O2的体积比为70：30。
本发明从修饰陶瓷制品表面着手，操作简单，不需要昂贵的设备投入，无需复杂的物理化学处理，生产周期短（可控在数分钟内），成本低，可控性好，容易实现规模化生产。该方法适用于绝大部分陶瓷表面。制备的陶瓷表面疏水性能具有化学稳定性好，耐酸、碱，耐有机溶剂，耐200℃以下的高温等特点。
与现有技术比较，本发明的有益效果如下：
本发明采用地表面能的硅烷或氟代硅烷化合物与超声技术相结合，制备了具有疏水表面的陶瓷材料。该发明投入设备简单，成本低，工艺简单，可重复性能好，生产周期可以控制在数分钟内，生产效率高，适合规模化生产。制备的陶瓷表面疏水性能稳定性好，耐一般摩擦，耐酸碱，耐有机溶剂，耐200度以下的高温。尤其地，对于异型不规则陶瓷制品，可以制备出疏水性能均一的表面。
附图说明
图1是将水滴在未经处理的坩埚盖的外表面（左）和经本发明处理后的坩埚盖的外表面（右）形成的液滴效果对照图。
图2将水滴在未经处理的坩埚盖的内表面（左）和经本发明处理后的坩埚盖的内表面（右）形成的液滴效果对照图。
具体实施方式
下面以对坩埚盖的表面处理为例，对本发明中的制备方法进行示例性说明。
实施例一
将坩埚盖用水洗净，在干燥箱中烘干冷却至室温备用。
用适量的三乙胺把40ml的甲苯溶液的PH值调节到9.0。接着将50μL的十八烷基三氯硅烷滴加到上述溶液中，超声（频率为25kHz）分散，在超声振荡的条件下把坩埚盖放入上述溶液中浸渍5分钟。将两滴蒸馏水滴加到2mL丙酮溶液中配成混合溶液，把该混合溶液滴加到上述溶液中，并加入0.05g锌粉，继续超声振荡5分钟。从上述溶液中，取出坩埚盖，用乙醇，丙酮，蒸馏水洗净，制得具有疏水表面的坩埚盖。
坩埚盖经本发明处理后，水滴在坩埚盖处理前后形成的液滴效果如附图1和2所示。可以明显的观察到，经本发明方法处理后，坩埚盖表面的疏水性能明显。制备的陶瓷表面疏水性能具有化学稳定性好，耐酸（HCl），碱（NaOH），耐有机溶剂，耐一般摩擦，耐200℃以下的高温等特点。
实施例二
将坩埚盖用水洗净，在干燥箱中烘干冷却至室温备用。
用适量的三乙胺把40ml的乙醇溶液的PH值调节到10.0。接着将40μL的十八烷基三氯硅烷滴加到上述溶液中，超声（频率为25kHz）分散，在超声振荡的条件下把坩埚盖放入上述溶液中浸渍3分钟。将两滴蒸馏水滴加到2mL丙酮溶液中配成混合溶液，把该混合溶液滴加到上述溶液中，并加入0.05g铝粉，继续超声振荡5分钟。
从上述溶液中，取出坩埚盖，用乙醇，丙酮，蒸馏水洗净，制得具有疏水表面的坩埚盖。
经本发明方法处理后，坩埚盖表面的疏水性能明显。制备的坩埚盖表面疏水性能具有化学稳定性好，耐酸（HCl），碱（NaOH），耐有机溶剂，耐一般摩擦，耐200℃以下的高温等特点。
实施例三
将坩埚盖用水洗净，在干燥箱中烘干冷却至室温备用。
用适量的三乙胺把40ml的甲苯和乙醇的混合溶液（体积比1：1）的PH值调节到9.0。接着将40μL的十八烷基三氯硅烷滴加到上述溶液中，超声（频率为25kHz）分散，在超声振荡的条件下把坩埚盖放入上述溶液中浸渍5分钟。将两滴蒸馏水滴加到2mL丙酮溶液中配成混合溶液，把该混合溶液滴加到上述溶液中，并加入0.05g锌粉，继续超声振荡5分钟。从上述溶液中，取出坩埚盖，用乙醇，丙酮，蒸馏水洗净，制得具有疏水表面的坩埚盖。
经本发明方法处理后，坩埚盖表面的疏水性能明显。制备的坩埚盖表面疏水性能具有化学稳定性好，耐酸（HCl），碱（NaOH），耐有机溶剂，耐一般摩擦，耐200℃以下的高温等特点。
实施例四
将坩埚盖用水洗净，在干燥箱中烘干冷却至室温备用。
用适量的三乙胺把40ml的甲苯和乙醇的混合溶液（体积比1：1）的PH值调节到9.0。接着将40μL的1H,1H,2H,2H-全氟癸基二甲基三氯硅烷滴加到上述溶液中，超声（频率为25kHz）分散，在超声振荡的条件下把坩埚盖放入上述溶液中浸渍5分钟。将两滴蒸馏水滴加到2mL丙酮溶液中配成混合溶液，把该混合溶液滴加到上述溶液中，并加入0.05g锌粉，继续超声振荡5分钟。从上述溶液中，取出坩埚盖，用乙醇，丙酮，蒸馏水洗净，制得具有疏水表面的坩埚盖。
经本发明方法处理后，坩埚盖表面的疏水性能明显。制备的坩埚盖表面疏水性能具有化学稳定性好，耐酸（HCl），碱（NaOH），耐有机溶剂，耐一般摩擦，耐200℃以下的高温等特点。
实施例五
将一片铝合金表面用水洗净，在干燥箱中烘干冷却至室温备用。
用适量的三乙胺把40ml的甲苯溶液的PH值调节到8.0-9.0。接着将20-400μL的十八烷基三氯硅烷滴加到上述溶液中，超声（频率为25kHz）分散，在超声振荡的条件下把干燥后的铝合金片盖放入上述溶液中浸渍5分钟。将两滴蒸馏水滴加到2mL丙酮溶液中配成混合溶液，把该混合溶液滴加到上述溶液中，并加入0.1g铝粉，继续超声振荡5分钟。从上述溶液中，取出铝合金片，用乙醇，丙酮，蒸馏水洗净，制得具有疏水表面的铝合金片。
经本发明方法处理后，铝合金片表面的疏水性能明显。制备的铝合金片表面疏水性能具有化学稳定性好，耐一般摩擦，耐200℃以下的高温等特点。

Claims (11)

1.一种疏水陶瓷表面的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，将待处理的陶瓷表面清洗干净，烘干备用；
步骤2，将硅烷化合物/有机溶剂的混合溶液的pH值调节到8.0-9.0之间，以得到第一溶液；
步骤3，将经所述步骤1活化处理后的所述陶瓷置于所述第一溶液中，并超声处理第一预定时间；所述活化处理时采用H2SO4/H2O2对所述陶瓷进行活化处理；
步骤4，向所述第一溶液中加入金属粉末、以及水和丙酮的混合溶剂，并超声处理第二预定时间；
步骤5，从所述第一溶液中取出所述陶瓷，从而得到超疏水陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述H2SO4/H2O2的体积比为n：m，其中，30vol.％<n<70vol.％，30vol.％<m<70vol.％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷化合物为氯硅烷、氟代氯硅烷、硅氧烷化合物或其聚合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属粉末为铁粉、铝粉或锌粉。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，采用有机碱将硅烷化合物/有机溶剂的混合溶液的pH值调节到8.0-9.0之间。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机碱为三乙胺。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一预定时间为1-30分钟。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一预定时间为5分钟。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二预定时间为3-30分钟。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二预定时间为5分钟。
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