CN105694688B - 一种高强度超疏水涂层的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度超疏水涂层的快速制备方法。本发明所用的浸涂材料包括聚碳酸酯和环氧树脂，溶剂包括二氯甲烷和对二甲苯，所制得的固体基体与水接触角为155o~160o。制备过程采用相分离技术在固体基体上一次性地构建成具有微米（纳米）微结构的超疏水聚合物涂层，不涉及复杂光电仪器使用，具有操作简单、快速、成本低廉、所制涂层疏水寿命长、强度高等优点，采用的固体基体为常见的工业生活材料，适用于暖通空调系统中常见金属（铝、铜、钢等）表面的防凝露处理，建筑物玻璃表面自清洁以及微流控通道等领域。另外，引入不同颜色的染料，形成的彩色超疏水涂层，进一步拓展了超疏水涂层在形形色色的生活中的应用前景。

Description

一种高强度超疏水涂层的快速制备方法
技术领域
本发明属于材料表面处理与涂料技术领域，涉及一种快速有效地制备高强度超疏水彩色涂
层的技术，特别涉及一种高强度超疏水涂层的快速制备方法。
背景技术
超疏水表面是大自然中一种极为常见的现象，例如荷叶的表面就具有很强的疏水性和自洁净功能。固体表面的浸润性可以用附在其上的水滴的接触角来衡量，通常将接触角小于90o的固体表面称为亲水表面，大于90o的固体表面称为疏水表面，大于120o的固体表面称为超疏水表面。
超疏水涂层与表面处理技术可广泛用于建筑物、汽车外表面的疏水、自净，天线、电瓷绝缘体以及服装的防污染、自净，微流体技术、硅片冷却、船体减阻等多方面。超疏水表面的巨大应用价值引起了国内外科研人员的极大关注，并进行了一系列的科研工作。目前，国内外在超疏水表面的研制工作上投入了大量的人力、物力和财力，但是应用的基体材料只局限于硅片、铝片、玻璃以及高分子（如聚苯乙烯模板）等实验性基材。同时，国内外普遍采用蚀刻、沉积和组装技术等可控地制备粗糙的界面来达到疏水效果，所获得的一些超疏水性材料虽然具有较大的表面接触角，但在实际应用时尚存在种种缺陷，例如，材料表面均匀性特别是抗磨损性较差、对基体的粘附性较差、制备技术条件苛刻、原材料较贵、模板难以循环使用、工艺过程复杂等，离大批量的工业化生产尚存在一定差距，尤其是国内对超疏水性材料的应用研究基本上处于起步阶段。虽然国际上已有几种建筑墙体和玻璃表面超疏水涂料进入了市场，有几种纺织品采用了超疏水表面处理技术，但是其性能、寿命、工艺性、价格，仍然不能令人满意，因此，高强度超疏水涂层与表面处理技术工业化的道路仍然十分艰巨。
发明内容
本发明针对现有的涂料制备与表面超疏水处理技术存在的上述诸多缺点，研发了一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，本发明方法利用相分离技术在固体基体上一次性地构建成具有微米（纳米）微结构的超疏水聚合物涂层，是一种简便、快速、有效地制备高强度超疏水涂层的普适性方法，并可成功应用于各种材料的基体材料的表面疏水处理。同时，本发明高强度超疏水涂层快速制备方法，还可以在制备过程中添加各种颜色染料，制备得到彩色的高强度超疏水涂层。
本发明技术方案如下：
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1：1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，备用；
2）将固体基体材料浸入步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液，静置3～10min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置0.5～5min，取出室温晾干，至生成白色的涂层，即高强度超疏水涂层。
步骤1）中，所述的聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为1.0～25%，优选10%,。
步骤2）中，所述的固体基体材料包括：氧化铝片、铝片、不锈钢片、塑料片、玻璃片、水泥板、石板、草纸或陶瓷等。
进一步地，步骤2）中所述的聚碳酸酯-环氧树脂溶液包含有染料，所述的染料与聚碳酸酯-环氧树脂溶液体积比为1:90～150；添加染料可制备得到彩色的高强度超疏水涂层。
所述的染料包括透明黄、蓝色基、透明红或罗丹明6G等。
本发明制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为155o~160o。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1）通过相分离技术在固体基体上一次性地构建成具有微米（纳米）微结构的超疏水聚合物涂层，不涉及复杂光电仪器使用，具有操作简单、快速、成本低廉、疏水寿命长，强度高等优点，适用于暖通空调系统中常见金属（铝、铜、钢等）表面的防凝露处理，建筑物玻璃表面自清洁以及微流控通道等领域；采用的固体基体为常见的工业生活材料，具有工业领域的普适性；
2）引入不同颜色的染料，形成的彩色超疏水涂层，进一步拓展了超疏水涂层在形形色色的生活中的应用前景，符合人们的生活需求。
附图说明
图1为本发明超疏水涂层的疏水效果（接触角）示意图；
图2为本发明彩色超疏水涂层的疏水效果示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明作进一步的描述，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明内容所作的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
实施例1
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为10%，备用；
2）将氧化铝片经清洁处理后，浸入步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液，静置5min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置1min，取出室温晾干，至生成白色的涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为160o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
实施例2
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为1%，备用；
2）将塑料片经清洁处理后，浸入步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液，静置10min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置5min，取出室温晾干，至生成白色的涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为160o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
实施例3
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为25%，备用；
2）将草纸经清洁处理后，浸入步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液，静置3min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置0.5min，取出室温晾干，至生成白色的涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为160o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
实施例4（黄色超疏水涂层）
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为10%，备用；
2）向步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液按体积比为1:100加入透明黄，混合均匀，浸入经清洁处理后的不锈钢片，静置5min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置2min，取出室温晾干，至生成黄色涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为155o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
实施例5（红色超疏水涂层）
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为5%，备用；
2）向步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液按体积比为1:90加入透明红，混合均匀，浸入经清洁处理后的水泥板，静置3min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置2min，取出室温晾干，至生成红色涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为160o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
实施例6（蓝色超疏水涂层）
一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，步骤包括：
1）在室温持续搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1;1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为20%，备用；
2）向步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液按体积比为1: 150加入蓝色基，混合均匀，浸入经清洁处理后的陶瓷，静置10min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置5min，取出室温晾干，至生成蓝色涂层，即高强度超疏水涂层。
制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为158o，水滴以接近球形地存在于基体表面。
本发明实施例超疏水涂层的制备过程均是在室温下进行的；所制得的固体基体与水接触角为155o~160o；所用的浸涂材料包括聚碳酸酯和环氧树脂；所用的浸涂材料制备包括二氯甲烷和对二甲苯两种溶剂；所用的固体基体是氧化铝片、铝片、不锈钢片、塑料片、玻璃片、水泥板、石板、草纸、陶瓷；所用的彩色染料是透明黄、蓝色基、透明红、罗丹明6G。
本发明超疏水涂层性能验证，以实施例1制备的超疏水涂层用于疏水试验：
用移液枪吸取4μL水，轻轻滴在处理过的超疏水固体基体表上面，然后用接触角测定仪进行接触角的测量。同时取未处理过的固体基体作为对照，滴水以后，测量接触角，如图1所示。
选取白色、黄色、蓝色和红色的超疏水氧化铝片，轻轻滴加4μL水，然后用接触角测定仪进行接触角的测量，如图2所示。
从图1和2可以看出，本发明实施例制备的超疏水涂层显示了很好地疏水性，水滴以接近球形地存在于基体表面。另外，环氧树脂的引入，增强了疏水材料与固体基体之间的黏连性，强度大大提高。图2展示的不同颜色的超疏水涂层在表现了超强疏水的同时，还赋予了超疏水涂层在工业领域更吸引人的应用，比如室外广告和装潢等。

Claims (7)

1.一种高强度超疏水涂层的快速制备方法，其特征在于，步骤包括：
1）在室温搅拌下，将聚碳酸酯和环氧树脂按质量比1：1溶解在二氯甲烷中，得聚碳酸酯-环氧树脂溶液，所述的聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为1.0～25%，备用；
2）将固体基体材料浸入步骤1）制备的聚碳酸酯-环氧树脂溶液，静置3～10min，取出晾干，然后浸入到对二甲苯中，静置0.5～5min，取出室温晾干，至生成白色的涂层，即高强度超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述的聚碳酸酯-环氧树脂溶液的聚碳酸酯质量分数为10%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的固体基体材料为氧化铝片、铝片、不锈钢片、塑料片、玻璃片、水泥板、石板、草纸或陶瓷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的聚碳酸酯-环氧树脂溶液包含有染料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的染料与聚碳酸酯-环氧树脂溶液体积比为1:90～150。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述的染料为透明黄、蓝色基、透明红或罗丹明6G。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备得到的高强度超疏水涂层与水接触角为155o～160o。
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