CN109943163A - 一种ptfe微纳米颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括以下步骤：（1）将基体材料依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗5‑10min，烘干；（2）在干燥后的基体材料表面涂覆一层胶黏剂；（3）将PTFE微纳颗粒分散于基体材料表面，用压紧片压实，然后用高压气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即可制得性能稳定的超疏水自清洁表面材料；将制得的超疏水表面材料置于不同温度下测试其稳定性，将表面用炭黑或其他灰尘污染后测试其自清洁性能，结果性能稳定，具有很好的自清洁效果；本发明制备方法简单快速，成本低、环境友好，所制得的超疏水表面材料性能稳定，具有很好的自清洁效果，适合工业化生产应用。

Description

一种PTFE微纳米颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的 方法

技术领域

本发明属于超疏水自清洁表面材料领域，具体涉及一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法。

背景技术

润湿性是固体材料表面最重要的特征性能之一，它是指液体滴落在固体表面上时，液体在固体表面的润湿性的高低，这一性能一般通过液滴滴落在清洁平滑的固体表面上接触角的大小来衡量，所以这其中接触角与滚动角的测量是固体表面润湿性能的重要参数。超疏水表面材料一般是指水滴落在固体材料表面上的接触角大于等于150°，并且有非常小的流动阻力。这类材料具有特殊的不亲水、自清洁性能，具有防尘、抗氧化、减阻、防冰等许多特征性能，在众多应用领域都引起了科学家和工程师的开发兴趣，包括自清洁涂层，不可渗透的纺织品，微流体，实验室芯片设备和生物技术、流体减阻设备、防覆冰材料等方面，在日常生活和各种工业领域都有着很广泛的应用。

对于超疏水固体表面的研究探索早在20世纪90年代，德国波恩大学的科学家Barthlott等人（Barthlott W ,Neinhuis C. Planta ,1997 ,202:1-8；Neinhuis C ,Barthlott W. Annals of Botany,1997,79:667-677）通过观察荷叶表面的细微结构，发现荷叶等植物的叶面具有很多微米级的乳突，其上有纳米级的蜡状物结构，这种微纳米级的分级结构的表面可以大幅提高水滴与荷叶表面的接触角，从而导致了水滴很容易在荷叶上滚动。水滴在超疏水固体表面上滚落的过程中会带走荷叶表面的灰尘等杂物，从而使荷叶具有自清洁的功能。中科院的江雷研究员等人（Tian, D. L., Song, Y. L., Jiang, L.Chemical Society Reviews 2013, 42 : 5184-5209）在研究中发现，叶面微茸毛中的乳突状结构具有纳米结构，同时他也揭示了“荷叶效应”原因，正是由于这种纳米与微米相互结合的分级微纳结构使生物体表面具有超疏水防污染自清洁的功能。这一结果阐述了“荷叶效应”的机理，从而为开发研究制备出仿荷叶表面的材料提供了新思路和途径。

超疏水性固体材料表面具有较大的接触角和较小的滚动角是其主要的特征，根据以上研究，表面的结构和表面的具体物质会影响到润湿性能。从上面两点出发，当前研究制备超疏水性固体材料表面主要用两种方法：第一是在疏水性材料的表面制备出合适的微纳米结构，可以通过化学刻蚀、电化学沉积、溶胶—凝胶法、化学气相沉积、模板法、光刻、相分离与自组装法、化学沉积与纳米二氧化硅法等方法制备这样的结构；第二则是修饰具有合适粗糙度的固体材料表面使其具有低的表面能，而装饰物一般为化学药剂且多为氟化物。为了获得高接触角，许多超疏水表面都用含氟表面活性剂加工。虽然通过使用含氟表面活性剂进行表面改性可以获得非常高的接触角，这些化学品的成本通常很高。降低成本，简化制造工艺，提高最终产品的耐久性，以及使用无毒材料是大规模制造超疏水表面需要解决的一些障碍。

通过以上原理，制备超疏水自清洁材料不仅需要接触角高于150°，而且要具有较低的接触角滞后，以便液滴很容易滚落。为了提高这方面的性能，很多研究工作者都通过微结构制备和表面处理的方法制造出了具有自清洁特性的超疏水表面。Xiu及其同事的工作中（Xiu, Y. H.; Hess, D. W.; Wong, C. P. J. Adhes. Sci.Technol. 2008, 22：1907），用四乙氧基硅烷和三氟丙基三甲氧基硅烷作为前体，用溶胶-凝胶法制备无机超疏水，低表面能二氧化硅涂层。获得了172°的接触角。Liu及其研究组人员在锌表面制得了超疏水自清洁表面（Liu H., Szunerits S., Xu W., et al. ACS Appl. Mater.Interfaces, 2009, 6:1150-1153），他们将锌片在室温下浸泡在1H,1H,2H,2H-全氟辛基硅烷的甲醇溶液中，5天之后取出在130℃下进行加热1小时左右，进行干燥，制得了超疏水锌片，具有自清洁性能。Nimittrakoolchai和其同事（Nimittrakoolchai, O. U.;Supothina, S. J.Eur. Ceram. Soc. 2008, 28, 947.）通过酸蚀刻增强表面粗糙度，然后用SiO₂纳米颗粒和半氟化硅烷进行表面改性，制备超疏水表面，并测量了涂层的自清洁行为。

目前报道的制备超疏水材料表面的方法，大多存在化学试剂材料价格昂贵(如使用的三氟丙基三甲氧基硅烷，1H,1H,2H,2H-全氟辛基硅烷等氟硅烷)，且耗时较长；还有的通过化学反应等方法制备微纳分级结构，使用氢氟酸、硝酸、各种有机溶剂等进行反应，有一定的毒性、危险性，对环境也有一定程度的污染，不利于工业生产。另外就是稳定性问题，通过化学反应等方法制备的超疏水表面往往表面机械性能较差、持久性差，使这种表面在许多场合的应用受到限制，表面的微结构受冲击、摩擦等机械作用或因加工受机械作用容易遭到破坏，导致超琉水性自清洁性的丧失。

因此，开发一种简单可行，制备快速，成本低廉且环境友好，适合工业生产及广泛应用的制备超疏水自清洁表面材料的方法，且制备好的表面最好具有较高的稳定性，或者在损伤后很容易修复回超疏水的状态，在超疏水表面材料的工业化生产及广泛应用方面都是具有十分重要的意义的。

发明内容

本发明的目的就是针对现有的制备超疏水表面材料的方法普遍存在制备过程复杂、耗时较长、原料价格昂贵、具有毒性、机械性能和稳定性能不好，容易导致表面结构被破坏或失去超疏水性等缺点，不利于工业化推广的问题，而提供一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法。

本发明的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

将基体材料按设计要求切割成所需大小，依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗5-10min，除去基体材料表面的粉尘、油污、铁锈等杂质，然后放入恒温鼓风干燥箱中，在30-100℃下烘干，备用；（若基体材料表面杂质不容易清洗时，可使用砂纸进行打磨或化学方法处理，去除基体材料表面杂质后再进行超声清洗）；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的基体材料进行烘干的同时，准备胶黏剂，待基体材料烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.1-0.5mm，备用；

（3）基体材料表面的PTFE微纳颗粒法超疏水处理

在基体材料表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，将PTFE微纳颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.01-0.5mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片（实验室操作可采用盖玻片），给予2-3MPa压力,保持0.1-1.0h，取下压紧片，用高压气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。

本发明制得的具有超疏水自清洁效应的表面材料的接触角为150-167°，它具有超疏水性和自清洁性，使用性能稳定。

所述基体材料为无机系材料或有机系材料，无机系材料包括钢铁材料或有色金属材料或非金属无机材料中的任意一种；有机系材料包括热塑性树脂或热固性树脂中的任意一种。

本发明中所述基体材料为玻璃、金属、陶瓷等无机系材料中的任意一种。

本发明中所述基体材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等有机系材料中的任意一种。

本发明方法对所需要加工的基体材料的厚度、尺寸、外形等均没有限制，可以针对不同厚度、尺寸、外形的各类基体材料（不局限于上述所列举的材料）进行表面改性处理和加工，制得超疏水表面材料。

本发明中对基体材料进行清洁处理时，不仅限于使用丙酮、无水乙醇、去离子水这几种溶剂，也可以使用其他有机溶剂、水或者两者结合的方式，必要时还可以先对基体材料采用酸、碱等试剂进行处理或砂纸等打磨材料进行预处理，然后再采用丙酮、无水乙醇、去离子水等溶剂进行超声清洗。

本发明步骤（1）中超声清洗的超声频率为20-40kHz，超声功率为0.3-0.5W。当然采用其他超声频率和超声功率也是可行的，只要能满足清洁要求即可。

本发明中所述步骤（2）中使用的胶黏剂为环氧树脂胶、502胶、503胶、AB胶、氰基丙烯酸酯中的任意一种，使用时根据基体材料进行选择，当然本发明中还可以采用其他胶黏剂（如聚乙烯醇缩甲醛、苯乙烯高分子溶液等），只要能满足PTFE微纳颗粒和基体材料之间的牢固粘结即可。胶黏剂涂刷的方式可以采用涂覆、旋涂、浸泡等不同方式进行。

本发明中所述PTFE微纳米颗粒的粒度为10nm-500μm，PTFE微纳米颗粒可以单纯采用纯纳米级颗粒（10nm-1000nm）、纯微米级颗粒（1μm-500μm），或微米纳米混合颗粒（10nm-500μm）。还可以通过使用不同的微纳颗粒粒度，如采用固定粒度（PEFE的微纳颗粒粒度为50nm,100nm，150nm，200nm，300nm，10μm，100μm，300μm，500μm等）或不同粒度按一定比例混合（如50nm的颗粒和300nm的颗粒按2:3的质量比混合等）的微纳颗粒，得到不同的表面分级结构，从而得到具有不同接触角的超疏水表面材料，最终实现对接触角润湿性调控的目的。本发明中的PTFE微纳颗粒，还可以扩展到其他材质的微纳颗粒（如疏水性纳米二氧化硅、硬脂酸镁等），只要能够得到超疏水自清洁表面材料即可。

所述步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒可使用喷洒或静电粉末喷涂设备等。

所述高压气流为高压氮气流、高压空气流、高压氧气流、高压氦气流中的任意一种。

本发明的原理是：通过对基体材料表面进行简单的化学或物理清洗过程，对基体材料表面进行改性，获得具有多活性中心及高清洁度的基体表面，立即在材料表面涂刷胶黏剂作为偶联剂，然后采用PTFE微纳颗粒分散在基体材料表面，形成一层微纳米粗糙结构，所形成的微纳米粗糙结构由微米级的突起和纳米级的分级结构构成，通过本发明方法无需进一步进行低表面能氟硅烷等化学试剂修饰处理，即可得到具有良好的耐酸碱、耐候、易修复的超疏水表面材料，且稳定性能良好，所制得的超疏水表面材料接触角大于150°，滚动角小于10°。

本发明方法的具有以下优点：

（1）本发明采用简易常见的材料快速制备超疏水表面，处理过程简单，容易操作，耗时很少，除清洗及PTFE颗粒外不需用其他化学药品，不需要一般化学或物理制备过程中常用的低表面能化学修饰剂的修饰，省去了常用的化学反应、氟硅烷处理等步骤，从而可以有效避免化学试剂对人体的伤害，对环境的危害。

（2）本发明既可以基于玻璃、陶瓷、金属等无机系基材进行快速加工，也可以针对聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等有机系基材进行加工，通过胶黏剂和PTFE颗粒粒度参数调节可以实现表面微纳分级结构的控制制备，结果可见得到的改性表面较原来的基体材料有了很大的提高，最好得到的表面处理的材料的接触角均超过150°，其中微米、纳米颗粒配比的情况下如使用粒度10μm和200nm的组合颗粒，最终得到的超疏水表面的接触角可达167°。

（3）本发明可在各种无机、有机材料表面进行快速表面处理，对于典型的PTFE微纳颗粒，可以通过改变使用不同的微纳颗粒粒度，如使用PTFE的微纳颗粒粒度为 50nm，100nm，150nm，200nm，300nm，500nm，10μm，100μm，300μm等不同的大小参数，或者改变其组合，可以获得不同的表面分级结构，从而得到具有不同接触角的超疏水表面材料，最终实现对接触角润湿性的调控。

本发明制备方法简单快速，成本低、环境友好，所制得的超疏水表面材料置于不同温度下测试其稳定性，或用炭黑或其他灰尘污染后测试其自清洁性能，结果表明其性能稳定，具有很好的自清洁效果；本发明方法适合工业化生产应用。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的超疏水表面材料的扫描电镜结构图（16KV,放大倍数200倍）；

图2是本发明实施例1制得的超疏水表面材料的扫描电镜结构图（26KV，放大倍数8000倍）；

图3是采用本发明实施例1制得的超疏水表面材料进行自清洁试验的效果图；

图4是本发明实施例1制得的超疏水表面材料进行不沾水及全反射性能试验的效果图；

图5是本发明实施例2制得的超疏水表面材料上表面水滴的超疏水滚动行为动态图。

具体实施方式

实施例1

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为1mm的玻璃基材，将玻璃基材加工成25mm*76mm的玻璃基材样品，同时加工4份，将加工好的4份玻璃基材依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗10min，除去玻璃基材表面的粉尘、油污等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在60℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为30kHz，超声功率为0.5W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的玻璃基材进行烘干的同时，准备胶黏剂，待玻璃基材烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.2-0.3mm，备用；本实施例中是采用环氧树脂胶作为胶黏剂，本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）基体材料表面的PTFE微纳颗粒法超疏水处理

在玻璃基材表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，选取粒度为200nm的PTFE颗粒和粒度为10μm的PTFE颗粒，按质量比为5:1的比例混合均匀，将混合好的PTFE微纳颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.2-0.3mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予2.5MPa压力保持0.5h，取下压紧片，用高压氮气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。经过对制得的超疏水表面材料进行表征，所检测表面接触角均达165°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用静电粉末喷涂设备进行分散操作的。

对实施例1制得的具有超疏水表面材料进行表面微纳结构和性能表征，图1和图2展示了使用扫描电子显微镜进行表面结构表征的结构图像，从图1（16KV,放大200倍）可以看出，制得的超疏水表面形成了由微纳结构组成的粗糙表面，从图2（16KV，放大8000倍）可以看出，制得的超疏水表面可见纳米粒子结构，排列较为紧密均匀，结果表明该表面形成了微纳粗糙结构。

进一步对其自清洁效果进行性能测试表征，如图3所示，采用炭黑颗粒分散在本实施例制得的超疏水自清洁表面材料的上表面，再用水进行冲洗，发现炭黑颗粒在水滴的滚动下很快被带走，材料表面又恢复初始干净的状态。

图4展示了本实施例制得的超疏水表面材料的不沾水及全反射性能试验过程，从图中可以清楚的反应出本实施例制得的超疏水表面材料具有不沾水和全反射性能。

上述图1-图4的显微结构表征及试验结果均说明本实施例制得的超疏水表面材料较原始玻璃样品基材的疏水性大大增强，成为超疏水自清洁表面。

实施例2

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为1.2mm的玻璃基材，将玻璃基材加工成30mm*80mm的玻璃基材样品，将加工好的玻璃基材依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗5min，除去玻璃基材表面的粉尘、油污等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在80℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为20kHz，超声功率为0.5W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的玻璃基材进行烘干的同时，准备胶黏剂，待玻璃基材烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.3-0.4mm，备用；本实施例中是采用环氧树脂胶作为胶黏剂，本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）PTFE纳米颗粒表面超疏水处理

在玻璃基材表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，选取粒度为100nm的PTFE颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.3-0.4mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上盖玻片，给予3MPa压力保持0.5h，取下盖玻片，用高压空气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角为159°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用喷洒设备进行分散操作的。

采用本实施例制得的超疏水表面材料，做液滴滚动试验，观察到液滴在该表面上可以像在荷叶表面一样自由滚动，如图5展示的动态图所示，说明本实施例制得的超疏水表面材料较原始玻璃样品基材的疏水性大大增强，成为超疏水自清洁表面。

实施例3

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为2mm的陶瓷基材，将陶瓷基材加工成20mm*20mm的陶瓷基材样品，将其依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗10min，除去陶瓷基材表面的有机物、无机物等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在100℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为40KHz，超声功率为0.4W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的陶瓷基材进行烘干的同时，准备胶黏剂，待陶瓷基材烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.1-0.2mm，备用；本实施例中是采用AB胶作为胶黏剂，在涂覆前先将AB胶按1:1的比例配好置于干净干燥的玻璃烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀，即用即配即可；本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）基体材料表面的PTFE微纳颗粒法超疏水处理

在陶瓷基材表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，选取粒度为100nm的PTFE颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.01-0.1mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予2MPa压力保持0.5h，取下压紧片，用高压空气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角达160°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用喷洒设备进行分散操作的。

实施例4

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为1mm的金属锌基材，将金属锌基材加工成20mm*20mm的金属锌基材样品，先用砂纸对其表面进行打磨，然后将其依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗10min，除去金属锌基材表面的有机物、无机物等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在100℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为20kHz，超声功率为0.3W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的金属锌基材进行烘干的同时，准备氰基丙烯酸酯胶黏剂，待金属锌基材烘干后冷却至室温时，将胶黏剂置于洁净干燥的玻璃烧杯中，然后立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面（或不放置在烧杯中直接涂覆），涂覆厚度为0.2-0.3mm，备用；本实施例中胶黏剂涂刷是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）PTFE微纳米级颗粒表面超疏水处理

取步骤（2）中处理好的金属锌基材置于平整的试验台面上，选取粒度为100nm的PTFE颗粒和粒度为100μm的PTFE颗粒，按质量比为1:1的比例混合均匀，将混合好的PTFE微纳颗粒在金属锌基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.3-0.4mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予3MPa压力保持1h，取下压紧片，用高压氦气流吹走多余的PTFE纳米颗粒，在材料表面形成均匀粘附的一层PTFE纳米颗粒，完成表面处理，得到具有超疏水自清洁效应的材料表面，经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角达到156°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用喷洒设备进行分散操作的。

实施例5

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为1mm的金属铜基材，将金属铜基材加工成30mm*30mm的金属铜基材样品，先用砂纸对其表面进行打磨（必要时采用稀盐酸进行进一步化学处理，以除去其表面的氧化物和酸溶性杂质污染物），然后将其依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗8min，除去金属铜基材表面的有机物、无机物等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在90℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为30kHz，超声功率为0.5W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的金属铜基材进行烘干的同时，准备502胶作为胶黏剂，待金属铜基材烘干后冷却至室温时，将502胶均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.4-0.5mm，备用；本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）PTFE纳米级颗粒表面超疏水处理

取步骤（2）中处理好的金属铜基材置于平整的试验台面上，选取粒度为300nm的PTFE颗粒在金属铜基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.4-0.5mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予2.5MPa压力保持0.8h，取下压紧片，用高压空气流吹走多余的PTFE纳米颗粒，在材料表面形成均匀粘附的一层PTFE纳米颗粒，完成表面处理，得到具有超疏水自清洁效应的材料表面，经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角达到158°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用喷洒设备进行分散操作的。

实施例6

本实施例的具体方案同实施例4，只是在步骤（3）中是采用粒度为500nm的PTFE颗粒进行表面处理的，本实施例制得的超疏水表面材料的接触角为160°。

实施例7

本实施例的具体方案同实施例3，只是在步骤（3）中是采用粒度为500μm的PTFE颗粒进行表面处理的，本实施例制得的超疏水表面材料的接触角为151°。

实施例8

本实施例的具体方案同实施例3，只是在步骤（3）中是采用粒度为300μm和100nm的PTFE颗粒按质量比为3:2的比例混合均匀后进行表面处理的，本实施例制得的超疏水表面材料的接触角为165°。

实施例9

本实施例的具体方案同实施例2，只是在步骤（3）中是采用粒度为10nm和200μm的PTFE颗粒按质量比为5:2的比例混合均匀后进行表面处理的，本实施例制得的超疏水表面材料的接触角为167°。

实施例10

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为2mm的聚丙烯基材，将聚丙烯基材加工成30mm*80mm的样品大小，将加工好的样品依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗5min，除去聚丙烯基材表面的粉尘、油污等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在50℃下真空烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为30KHz，超声功率为0.5W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的聚丙烯基材进行烘干的同时，准备胶黏剂，待聚丙烯基材烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.3-0.4mm，备用；本实施例中是采用环氧树脂胶作为胶黏剂，本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）PTFE纳米颗粒表面超疏水处理

在聚丙烯基材表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，选取粒度为100nm的PTFE颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.3-0.4mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予3MPa压力保持0.6h，取下压紧片，用高压空气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角为159°。

采用本实施例制得的超疏水表面材料，做液滴滚动试验，观察到液滴在该表面上可以像在荷叶表面一样自由滚动，说明本实施例制得的超疏水表面材料较原始聚丙烯样品基材的疏水性大大增强，成为超疏水自清洁表面。

实施例11

一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

取厚度为5mm的聚氨酯基材，将聚氨酯基材加工成20mm*20mm的聚氨酯基材样品，将其依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗10min，除去聚氨酯基材表面的有机物、无机物等杂质，清洗干净后放入恒温鼓风干燥箱中，在100℃下烘干，备用；所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为40KHz，超声功率为0.5W；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的聚氨酯基材进行烘干的同时，准备胶黏剂，待聚氨酯基材烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.2-0.3mm，备用；本实施例中是采用AB胶作为胶黏剂，在涂覆前先将AB胶按1:1的比例配好置于干净干燥的玻璃烧杯中，用磁力搅拌器搅拌均匀，即用即配即可；本实施例中胶黏剂涂刷是是采用毛刷顺着一个方向进行涂刷的；

（3）基体材料表面的PTFE微纳颗粒法超疏水处理

在聚氨酯基材表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，选取粒度为100nm的PTFE颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.2-0.3mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予2MPa压力保持0.5h，取下压紧片，用高压空气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。经过对制得的超疏水表面材料进行表征，其接触角达158.8°。

步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒是采用喷洒设备进行分散操作的。

采用本实施例制得的超疏水表面材料，做液滴滚动试验，观察到液滴在该表面上可以像在荷叶表面一样自由滚动，说明本实施例制得的超疏水表面材料较原始聚氨酯样品基材的疏水性大大增强，成为超疏水自清洁表面。

上述实施例仅仅是示例性的解释说明本发明，而不能以任何方式限制本发明的权利要求，任何人在本发明权利要求的基础上，进行同等替换、等比例放大等等同改变，均应视为落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于依次包括如下步骤：

（1）基体材料表面的预处理

将基体材料按设计要求切割成所需大小，依次放入盛有丙酮、无水乙醇和去离子水的容器中分别超声清洗5-10min，除去基体材料表面的粉尘、油污、铁锈等杂质，然后放入恒温鼓风干燥箱中，在30-100℃下烘干，备用；

（2）基体材料表面的胶黏剂处理

在步骤（1）的基体材料进行烘干的同时，准备胶黏剂，待基体材料烘干后冷却至室温时，立即将胶黏剂均匀涂覆在基体材料表面，涂覆厚度为0.1-0.5mm，备用；

（3）基体材料表面的PTFE微纳颗粒法超疏水处理

在基体材料表面进行胶黏剂处理的同时，准备PTFE微纳米颗粒，待基体材料表面胶黏剂涂覆完毕后，将PTFE微纳颗粒在基体材料表面的胶黏剂层上均匀分散一层，PTFE微纳颗粒层的厚度为0.01-0.5mm，然后在PTFE微纳颗粒层表面压上压紧片，给予2-3MPa压力保持0.1-1.0h，取下压紧片，用高压气流吹走多余的PTFE微纳颗粒，即在基体材料表面均匀粘附了一层PTFE微纳颗粒，得到具有超疏水自清洁效应的超疏水表面材料。

2.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所制得的具有超疏水自清洁效应的表面材料的接触角为150-167°，它具有超疏水性和自清洁性，使用性能稳定。

3.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述基体材料为无机系材料或有机系材料，无机系材料包括钢铁材料或有色金属材料或非金属无机材料中的任意一种；有机系材料包括热塑性树脂或热固性树脂中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述基体材料为玻璃、金属、陶瓷等无机系材料中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述基体材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等有机系材料中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中超声清洗的超声频率为20-40kHz，超声功率为0.3-0.5W。

7.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中使用的胶黏剂为环氧树脂胶、502胶、503胶、AB胶、氰基丙烯酸酯中的任意一种，使用时根据基体材料进行选择。

8.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述PTFE微纳米颗粒的粒度为10nm-500μm，PTFE微纳米颗粒可以选用纯纳米级、纯微米级或微米纳米混合颗粒。

9.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：步骤（3）中分散PTFE微纳颗粒可使用喷洒或静电粉末喷涂设备等。

10.根据权利要求1所述的一种PTFE微纳颗粒法快速制备超疏水自清洁表面材料的方法，其特征在于：所述高压气流为高压氮气流、高压空气流、高压氧气流、高压氦气流中的任意一种。