CN108017884A - 一种非均一凸体直径模板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非均一凸体直径模板的制备方法，包括以下步骤：步骤1：混合配制环氧树脂与固化剂作为基底材料，以玻璃板、金属板等为基底平面，在基底平面上均匀刮涂基材，静置1‑5min；步骤2：按照不同形式和大小的比例混合不同粒径大小的碳化硅颗粒，并平铺于基材表面，置于烘箱中80‑110℃固化2‑4h；步骤3：取出后冷却至室温，磕掉表面层的碳化硅颗粒，然后用气枪连接空气泵后去除未固着的部分碳化硅颗粒，得到具有非均一凸体直径的模板。本发明所述的一种非均一凸体直径模板的制备方法是基于“荷叶效应”理论，能够用于制备表面具有非均一凸体直径的高分子材料膜，使其具有疏水性。

Description

一种非均一凸体直径模板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种非均一凸体直径模板的制备方法，用于在高分子材料表面构建类荷叶表面非均一微纳米粗糙结构。

背景技术

膜材料被誉为继玻璃、木材、水泥和钢铁之后的第五大建筑材料，尤其在大型户外建筑领域的应用解决传统建筑形式不能解决的大跨度、建筑周期长、采光差等问题，但是长时间暴露于外部环境中会使得膜表面沉积灰尘，清洁工作比较危险而且成本高。若膜材料表面达到超疏水自清洁性能，不仅能降低清洁成本和危险系数，同时还可以在环境保护和能源节约方面带来巨大的经济效益和社会效益。

荷叶表面以其“出淤泥而不染”的超疏水性能而为人熟知。液滴在荷叶表面聚集并来回滚动，在滚动的过程中吸附叶面上的灰尘并去除，使得荷叶表面保持清洁，这就是“荷叶效应”，这一效应为我们制备超疏水自清洁膜提供了理论依据。

荷叶表面分布着很多大小不一的微米级“乳突”结构，“乳突”结构表面又覆盖着一层纳米级蜡晶。这些大小不一的“乳突”结构形成了一种高度不一的阶层结构，相邻“乳突”之间的空气在荷叶表面形成了一层极薄、纳米级厚度的空气层。自然界中的灰尘和雨滴的尺寸远大于“乳突”结构的间隙，空气层和“乳突”类似于托举着灰尘颗粒和雨滴，阻拦了对叶面的污染。灰尘能够在叶面堆积却不会进入叶面结构，当雨滴落在荷叶表面时，实际与荷叶的接触面积很小，只有乳突顶部和部分蜡晶会和雨滴有所接触，所以雨滴不能渗透进入荷叶内部结构。雨滴在荷叶表面由于表面张力而形成类似于球状的雨珠，在疏水表面能够自由滚动，在滚动的过程中会带走直径较小的污物，这就是荷叶表面超疏水自清洁原理。

实现仿生荷叶超疏水和自清洁性能有两个途径，一是在具有低表面能的材料表面构造粗糙结构；二是对具有粗糙表面结构的材料降低其表面能。在材料表面构造粗糙结构的方法主要有化学刻蚀法、溶胶-凝胶法、表面接枝改性、静电纺丝法、蒸汽诱导相分离法、等离子刻蚀法等。但大多方法具有制备成本高，工艺复杂及难以大面积推广等缺点。

发明内容

根据荷叶表面“乳突”结构尺寸大小不一的现象，本发明的目的是提供一种非均一凸体直径模板的制备方法，以此在高分子材料表面复刻出类荷叶表面微纳米粗糙结构，以达到超疏水自清洁性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种非均一凸体直径模板的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合配制环氧树脂与固化剂作为基底材料，以玻璃板、金属板等为基底平面，在上面均匀刮涂基材，静置1-5min；

(2)按照一定比例混合不同粒径大小的碳化硅颗粒；

(3)在基材表面均匀平铺一层约5mm厚度的碳化硅颗粒，置于烘箱中80-110℃固化2-4h，使环氧树脂与固化剂充分反应后牢固地固着碳化硅颗粒；

(4)取出后冷却至室温，磕掉表面层的碳化硅颗粒，然后用气枪连接空气泵后去除未固着的部分碳化硅颗粒，得到具有非均一凸体直径的模板。

完成模板的制备后，按照一定的工艺处方配制高分子膜材料涂层胶，将其均匀刮涂于模板上，放入烘箱烘干至涂层胶形成完整的膜，取出冷却后剥离。

在模板的制备过程中，可以按照不同形式和大小的比例来混合不同粒径的碳化硅颗粒，分别制备出不同分布状态的非均一凸体直径模板，从而构建不同程度疏水性能的高分子膜结构。

对得到的高分子膜进行蒸馏水接触角测试，不同分布状态的非均一凸体直径模板制得的高分子膜具有不同级别的疏水性能。

本发明产生的有益效果：本发明提供了一种新的非均一凸体直径模板的制备方法，能够制备出仿生荷叶表面“乳突”的阶层结构，操作简便，成本低廉、实用性强且易于大量生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

(1)混合配制环氧树脂与固化剂作为基底材料，以玻璃板为基底平面，在基地平面上均匀刮涂1mm厚的基材，静置1min；

(2)分别按照质量比1∶1称取目数为300和400、300和600、300和1000、300和1500的碳化硅颗粒并均匀混合；

(3)在基材表面平铺一层约5mm厚的均匀混合后的碳化硅颗粒，使非均一粒径的碳化硅颗粒均匀覆盖在胶黏剂基材表面；

(4)将玻璃板放置于烘箱中80℃固化3h后取出，冷却至室温；

(5)磕掉胶黏剂上方堆积的碳化硅颗粒，而后用气枪连接空气泵后去除表面未固着的部分，得到非均一凸体直径的粗糙模板；

(6)将配制好的PVDF涂层胶均匀刮涂于模板表面，于烘箱中80℃烘干，取出后冷却至室温，将PVDF膜从模板表面剥离；

(7)用PVDF膜制样，测试不同粒径碳化硅颗粒混合的非均一凸体直径模板制得的膜蒸馏水接触角。

(8)模板表面非均一凸体直径的直径大小的差异会影响制得的膜接触角，通过分析得到的接触角数据，了解到按质量比的不同粒径碳化硅颗粒制得的非均一凸体直径模板对PVDF膜疏水性的影响。

实施例2

(1)混合配制环氧树脂与固化剂作为基底材料，以玻璃板为基底平面，在基地平面上均匀刮涂1mm厚的基材，静置1min；

(2)分别测试300目～1500目碳化硅颗粒质量与数量的关系式，经过换算后按照颗粒数量比1∶1称取目数为300和400、300和600、300和1000、300和1500的碳化硅颗粒并均匀混合；

(3)在基材表面平铺一层约5mm厚的均匀混合后的碳化硅颗粒，使非均一粒径的碳化硅颗粒均匀覆盖在胶黏剂基材表面；

(4)将玻璃板放置于烘箱中80℃固化3h后取出，冷却至室温；

(5)磕掉胶黏剂上方堆积的碳化硅颗粒，而后用气枪连接空气泵后去除表面未固着的部分，得到非均一凸体直径的粗糙模板；

(6)将配制好的PVDF涂层胶均匀刮涂于模板表面，于烘箱中80℃烘干，取出后冷却至室温，将PVDF膜从模板表面剥离；

(7)用PVDF膜制样，测试不同粒径碳化硅颗粒混合的非均一凸体直径模板制得的膜蒸馏水接触角；

(8)通过分析得到的接触角数据，了解到按颗粒数量比的不同粒径碳化硅颗粒制得的非均一凸体直径模板对PVDF膜疏水性的影响。通过与实施例1比较，了解按照质量比1∶1和数量比1∶1混合不同粒径碳化硅颗粒得到的非均一凸体直径模板对PVDF膜疏水性的影响。

实施例3

(1)本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于按照数量比1∶1∶1称取目数为300/400/600、300/400/1000、300/400/1500的碳化硅颗粒并均匀混合，测试分别由该模板得到的膜接触角；

(2)模板表面非均一凸体直径的直径大小种类会影响凸体直径间隙的空气层大小，也就会对膜表面疏水性能造成影响。通过与实施例2进行比较，了解3种不同粒径和2种不同粒径颗粒混合制备的非均一凸体直径模板对膜疏水性能的影响。

Claims (8)

1.一种非均一凸体直径模板的制备方法，其特征在于在光滑均匀的基材表面构建出大小不一的凸体直径的粗糙结构。

2.如权利要求1所述的表面大小不一的凸体直径的粗糙结构，其特征在于在光滑的基材表面刮涂一层非均一粒径的固体颗粒，制备出具有非均一凸体直径粗糙结构的模板。

3.如权利要求2所述的具有非均一凸体直径粗糙结构的模板，其特征在于基材的固化能力和固体颗粒的性质、大小及混合状态。

4.如权利要求3所述的基材的固化能力，其特征在于用该基材制备的模板应该具有一定的硬度，且能够牢牢地固着基材表面的颗粒，能够使构造的粗糙结构具有稳定性，且基材应与高分子膜材料不发生反应。

5.如权利要求3所述的固体颗粒的性质，其特征在于该颗粒应该具有稳定的性质，且不能与基材和高分子材料发生反应。

6.如权利要求3所述的固体颗粒的大小及混合状态，其特征在于固体颗粒粒径大小以及不同粒径的颗粒按照不同形式和粒径大小的比例混合。

7.一种权利要求1或2所述的非均一凸体直径模板的制备方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：

(1)将制备好的基材均匀刮涂于某一平整的表面；

(2)按照不同形式和大小的比例混合不同粒径大小的碳化硅颗粒；

(3)在基材表面均匀平铺一层非均一粒径的固体颗粒，形成阶层的粗糙结构；

(4)将模板进行加温固化处理，使其具有稳定的粗糙结构。

8.根据权利要求7所述的一种非均一凸体直径模板的制备方法，其特征在于：所述基材为环氧树脂与固化剂的均匀混合物；平整的表面选用玻璃板、其他具有稳定性状的片状薄板；固体颗粒为不同粒径大小的碳化硅颗粒混合后的非均一粒径颗粒混合物；加温固化处理为在烘箱80℃的条件下处理30min。