CN114752933A - 一种超疏水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水材料及其制备方法;本发明超疏水材料包括基材和超疏水涂层,所述超疏水涂层包括微纳米层和超疏水涂料层,微纳米层为紧密棒状堆积结构,超疏水涂料层存在于微纳米层棒状堆积结构的表面及缝隙中。本发明用水热合成原位生长的方法制备出微纳米层,所述微纳米层具有大量羟基的微纳二级结构粗糙表面,再采用溶胶凝胶法制备硅溶胶,通过羟基脱水缩合,在粗糙表面形成具有低表面能的硅溶胶,即实现无氟制备超疏水材料;本发明超疏水材料防结霜效果优异,能够有效减缓基体的结霜速度,同时具有优异的耐久性。

Description

一种超疏水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于超疏水表面技术领域,具体涉及一种超疏水材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展,金属及其合金在各个领域中都表现出举足轻重的作用,如在航空、海海洋船舶、舰艇、建筑、电子器件等范围都被广泛应用。但是常会出现腐蚀、污染等情况。而且当环境温度过低时,也会因低温造成基体结霜,造成基体被损坏、工作效率降低等问题。研究表明,超疏水涂层具有抗污染、耐腐蚀、防结霜等性质,可以极大地提高金属及其合金各方面的使用性能。经过探究发现,超疏水材料主要有两个本质特征:(1)表面具有微纳二级粗糙结构;(2)低的固体表面能。
常用的超疏水涂层一方面常采用含氟材料,制备过程中极易对环境造成污染,另一方面涂层耐久性不够,容易被破坏,效果不理想。所以寻找一种既能提高涂层耐久性,不含氟,又能具有防结霜、耐腐蚀性能的超疏水材料是极其重要的。Fengyi Wang等采用硝酸镁水热合成与氟硅烷浸泡的方法制备超疏水涂层,超疏水涂层可在400目砂纸,100g压力下承受50m的摩擦距离,但其抗结霜性能不理想,且水热反应温度高,反应时间长,且反应物有害(F.Wang,Z.Guo,Insitu growth of durable superhydrophobic Mg–Al layereddouble hydroxides nanoplatelets on aluminum alloys for corrosion resistance,Journal of Alloys and Compounds,767(2018)382-391.);周盛奇通过化学刻蚀与浸泡氟硅烷结合的方法在铝板表面制备超疏水涂层。进行防结霜测试时,在冷板温度-10℃,环境温度20.5℃,相对湿度26%条件下,延缓结霜37min(周盛奇,刘杨,李维仲,秦妍,自然对流条件下冷表面结霜的实验研究[J]制冷学报,40(2019)143-148.)。但该法不仅采用刻蚀的方法,对基体造成较大的伤害,采用氟硅烷,对环境有害。本方法采用乙酸锌水热合成与硅溶胶浸泡,制备了超疏水涂层,不仅具有优异的耐久性和防结霜性能,且制备方法简单、安全、环保。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种超疏水材料及其制备方法,本发明的超疏水材料适用于各种形状的基体材料,超疏水材料的耐久性、防结霜性能显著提高。
本发明通过在材料上依次构建微纳米层、超疏水涂料层,微纳米层具有一定的粗糙度的松针状结构,超疏水涂料层沉积在微纳米层的缝隙中,能够极大提高耐久性以及防结霜性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种超疏水材料,包括基材和超疏水涂层,所述超疏水涂层包括微纳米层和超疏水涂料层,微纳米层为紧密棒状堆积结构,超疏水涂料层存在于微纳米层棒状堆积结构的表面及缝隙中。
优选的,所述超疏水涂料层为无氟长碳链的硅溶胶;所述基材表面至少部分超疏水涂层。
优选的,所述超疏水涂层的粗糙度Ra为5μm~9μm;
优选的,所述超疏水涂层的厚度为6μm~30μm;
优选的,所述超疏水涂层表面对水的接触角为153.6°~161.2°。
优选的,所述基材为铝、铜、镁及其合金中的任意一种。基材为任意形状的材料。
上述的超疏水材料的制备方法,包括以下步骤:
取锌盐溶解于去离子水中,滴加碱性水溶液,混合均匀得到水热合成溶液;
将预处理的基材置入水热合成溶液中,在密封条件下反应后冷却至室温,取出基材清洗烘干;
将烘干的基材浸入硅溶胶溶液中浸泡,取出材料冲洗、烘干,即得到超疏水材料。
本发明在高温密闭的环境中,锌盐在碱性条件下在基材表面原位反应生成氧化锌薄膜,使得材料表面构建了一定的粗糙度。之后采用溶胶凝胶法,通过羟基脱水缩合,在粗糙表面形成具有低表面能的硅溶胶,即实现无氟制备超疏水材料,又极大的提高了耐久性,也可用于防结霜领域。
优选的,所述预处理的过程为依次采用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min~15min,超声频率为100Hz~2kHz,结束后烘干;若所述基材为平整表面,则预处理前进行打磨处理;若所述基材为非平整表面,则预处理前将基材在沸水中煮沸处理。
优选的,所述锌盐为六水合硝酸锌、醋酸锌、氯化锌中的至少一种;
优选的,所述碱性水溶液为氨水;
优选的,所述锌盐、去离子水和碱性水溶液的质量比为0.01~0.6:50~100:1~8;所述水热合成溶液的PH为10.0~10.8。
优选的,所述反应的温度为50℃~100℃,反应的时间为1h~4h;
优选的,所述浸泡的时间为3~36h;
优选的,所述冲洗采用乙醇冲洗;所述干燥的温度为60℃~80℃,所述干燥的时间为20min~120min。
优选的,所述硅溶胶溶液的制备方法包括以下步骤:
(1)在室温条件下,将正硅酸乙酯加入到乙醇中,搅拌,然后(2min后)逐滴加入六甲基二硅胺烷,(搅拌2min后)再逐滴加入去离子水;持续搅拌,室温下老化,得到硅溶胶;
(2)将硅溶胶和乙醇按1:3~1:6的体积比混合,得到硅溶胶溶液。
进一步优选的,步骤(1)所述正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、乙醇的体积比为0.6~3:0.5~3:0.7~4:10~50;
更优选的,步骤(1)所述正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、乙醇的体积比为2.1:2:3:30;
进一步优选的,步骤(1)所述正硅酸乙酯可一次性直接加入到乙醇中或滴加到乙醇中;
进一步优选的,步骤(1)所述六甲基二硅氨烷在一分钟内滴加入乙醇中;
进一步优选的,步骤(1)所述去离子水在两分钟内滴加入乙醇中;
进一步优选的,步骤(1)所述老化的时间为1.5d~3d。
进一步优选的,步骤(1)所述持续搅拌的时间为1h~4h。
本发明与现有技术相比,至少具有以下技术效果:
(1)本发明的制备方法简单,制备过程无氟,环保无污染,有望实现工业化。
(2)本发明采用原位生长的水热合成法,能够在任何形状基体表面构建微-纳二级结构。
(3)本发明采用溶胶-凝胶的方法制备超疏水涂料层,稳定性强,制备过程稳定。
(4)本发明制备的超疏水涂层具有优异的耐久性,采用1000目砂纸磨擦,在50g砝码的作用下,耐摩擦距离达24.0m,此时超疏水涂层接触角为149.4°。
(5)本发明实现了在任何形状的基体上制备,且防结霜效果优异,能够有效减缓基体的结霜速度,在室内环境15.8℃,结霜温度为-8℃,相对环境湿度为55%的情况下,3h后材料仍然没有被霜层覆盖完全。
附图说明
图1和图2为本发明实施例1-5制备的超疏水涂层的SEM图。分别为实施例1~2铝板上水热合成构建的微纳结构放大2000倍(a)与放大10000倍(b)的扫描电镜图;实施例1硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(c)与放大10000倍电镜图(d);实施例2硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(e)与放大10000倍电镜图(f);实施例3~4铝板上水热合成构建的微纳结构放大2000倍(g)与放大10000倍(h)的扫描电镜图;实施例3硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(i)与放大10000倍电镜图(j);实施例4硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(k)与放大10000倍电镜图(l);实施例5波纹翅片板水热合成构建的微纳结构放大2000倍(m)与放大10000倍(n)的扫描电镜图;硅溶胶改性后的波纹翅片板表面形貌放大2000倍(o)与放大10000倍电镜图(p)。
图3为本发明实施例1~4制备的超疏水涂层和对比例1的铝片的抗结霜实验结果图。分别为:实施例1超疏水铝表面(a1~d1);实施例2超疏水铝表面(a2~d2);实施例3超疏水铝表面(a3~d3);实施例4超疏水铝表面(a4~d4);对比例1未处理的铝表面(a5~d5)的抗结霜实验结果图。
图4为本发明实施例4和5制备的超疏水涂层实物图。左边为平板上制备的超疏水涂层,右边为波纹翅片上制备的超疏水涂层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其它含义。
本发明实施例提供一种超疏水材料制备方法,包括基材及基材至少部分表面涂覆的超疏水涂层,所述超疏水层包括微纳米层和超疏水涂料层,所述微纳米结构为紧密棒状堆积结构,超疏水涂层存在于微纳米层棒状堆积结构的表面及缝隙中。
本发明通过在基材上设置微纳米层和超疏水涂料层,通过水热反应在基材的表面生成具备一定的粗糙度的微纳米层,再采用溶胶凝胶法制备硅溶胶溶液,通过浸泡,在微纳米层的缝隙中沉积超疏水涂料层,上述结构得到的超疏水材料,其超疏水层具备非常好的表面疏水性,既能极大地降低结霜化霜造成的损失,又提高了耐久性。
在本发明可选的技术方案中,超疏水涂料层的实质是硅溶胶。
在本发明可选的技术方案中,超疏水涂层的粗糙度Ra为5μm~9μm,具体地,超疏水涂层的粗糙度具体可以是5.392μm、5.567μm、7.818μm等,在此不做限定。将超疏水涂层的粗糙度控制在上述范围内,能够提高涂层的疏水性。
所述超疏水涂层的厚度为6μm~30μm,具体地,超疏水涂层的厚度可以是6.4μm、19.6μm、21.3μm、22.5μm、23.8μm、27.9μm等等,具体膜厚度于基材、反应条件,在此不作限制。
所述超疏水涂层表面对水的接触角为153.6°~161.2°,将接触角控制在上述范围内,涂覆的表面较难被润湿,疏水性显著增加。
在本发明可选的技术方案中,所述基材为任意形状的材料,包括但不仅限于换热器,基材材质为铝、铜、镁及其合金中任意一种。
本发明实施例提供一种超疏水水材料的制备方法,包括以下步骤:
取锌盐溶解于去离子水中,滴加碱性水溶液,混合均匀得到透明碱性盐溶液;
将预处理的基材置入碱性盐溶液中,在密封条件下高温反应后晾至室温,取出基材冲洗、烘干;
将烘干的基材分别浸入硅溶胶稀溶液中进行一定时间的浸泡,即得到具有超疏水涂层的材料。
具体地,本发明制备方法包括以下步骤:
(1)将基材依次用丙酮、乙醇和蒸馏水超声清洗10min~15min,超声频率为100Hz~2kHz,清洗完放入烘箱中干燥,获得预处理后的材料试样。若所述基材为平整表面,则预处理前进行打磨处理;若所述基材为非平整表面,则预处理前将基材在沸水中煮沸处理。
(2)按照预设比例将锌盐溶解在去离子水中,滴加碱性水溶液,混合均匀得到水热合成溶液,移至反应釜内胆中;
锌盐、去离子水和碱性水溶液的质量比为(0.01~0.6):(50~100):(1~8),溶液PH为10.0~10.8。
(3)将步骤(1)处理后的基材试样放入步骤(2)得到的水热合成溶液中,再将内胆放入反应釜中,在密封条件下,50℃~100℃反应1h~4h,晾至室温,取出基材试样,用去离子水清洗干净,烘干备用。
(4)在室温的条件下,将正硅酸乙酯逐滴加入到乙醇中,强烈搅拌。2min后逐滴加入六甲基二硅胺烷,搅拌2min后逐滴加入离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌1h~4h。这种混合溶液需要在室温下老化1.5d~3d,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶和乙醇按1:3~1:6的体积比混合,得到硅溶胶溶液;
正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、与乙醇体积比为(0.6~3):(0.5~3):(0.7~4):(10~50);
(5)将步骤(3)得到的试样放入到被稀释的硅溶胶溶液中,进行浸泡处理
(6)浸泡处理后,采用乙醇冲洗试样的表面,并采用鼓风机于60℃~80℃干燥,20min~120min,即获得超疏水材料。
在本发明可选的技术方案中,步骤(2)中,锌盐为六水合硝酸新、醋酸锌、氯化锌中至少一种,碱溶液为氨水。
本发明锌盐选择可溶性盐,其在碱性水溶液中经过水热反应得到水滑石薄膜,薄膜的特点是呈现紧密棒状堆积,其表面粗糙,使得基材表面构建一定的粗糙度,能够负载超疏水材料。
在本发明可选的技术方案中,水热反应中,控制加热温度为50℃~100℃有利于控制微纳米结构的形貌,形成粗糙的微-纳二级结构,具体地,加热温度可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃等,在此不作限制,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用,反应时间为1h~4h,具体地,反应时间可以是1h、2h、2.5h等,在此不作限制,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
在本发明可选的技术方案中,通过正硅酸乙酯、六甲基二硅胺烷、乙醇、水反应得到硅溶胶,其中正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、与乙醇体积比为(0.6~3):(0.5~3):(0.7~4):(10~50)。具体地,正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、与乙醇体积比可以为0.6:0.5:0.7:10、0.6:0.6:0.8:10、1.1:0.8:1:10、1.5:1.2:1.8:25等,在此不作限制,正硅酸乙酯与二甲基硅烷在水中进行水解后,进行脱水缩合反应,形成具有超疏水特性的硅溶胶溶液。
在本发明可选的技术方案中,所述将硅溶胶与乙醇以1:3~1:6的体积进行稀释,具体地,可以是1:3、1:4、1:5、1:6等,在此不作限制;再将处理水热合成过的基材浸泡其中3~36h,可以是3h、6h、12h、18h、24h、36h等,在此不作限制,最终制备出涂层均匀,耐久性、防结霜性能强。
本发明的原理为:在高温密闭的实验环境中,锌盐在碱性条件下在基材表面原位反应生成水滑石薄膜,使得材料表面构建了一定的粗糙度。之后采用溶胶凝胶法,正硅酸乙酯与二甲基硅烷在水中进行水解后,进行脱水缩合反应,形成具有超疏水特性的硅溶胶溶液。
由于形成水滑石薄膜具有大量的羟基,可以与硅溶胶溶液进行脱水缩合反应,形成均匀,耐久性、防结霜性能强的涂层。
特别说明:实施例中水热合成部分的“份”为质量份,硅溶胶制备部分的“份”为体积份。
实施例1
将铝板依次用600目、800目、1000目、1200目、1500目砂纸打磨,于100Hz频率下依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10min,在烘箱中进行干燥,获得处理后的铝板试样。称取0.11份醋酸锌溶解于50份去离子水中,加入1.6份氨水溶液,上述两种溶液混合均匀(PH为10.6)倒入反应釜内胆,上述溶液的体积占反应釜内胆体积的80%,将铝板放入其中,再置于反应釜中,放入干燥箱,50℃下反应2h。水热反应结束后,取出铝板,干燥箱中烘干备用。
在室温条件下,将2.1份正硅酸乙酯逐滴加入到30份乙醇中,搅拌。2min后逐滴加入2份的六甲基二硅胺烷,2min后逐滴加入3份去离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌4h。所得混合溶液在室温下老化48h,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶与乙醇溶液按1:4体积比混合,得到硅溶胶稀溶液,将处理后铝板浸入其中3h。反应结束后,将处理后的铝板用乙醇冲洗干净,最后在80℃的干燥箱中干燥2h,然后取出冷却至室温得到成品。
实施例2
将铝板分别用600目、800目、1000目、1200目、1500目砂纸打磨,于100Hz频率下依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10min,在烘箱中进行干燥,获得处理后的铝板试样。称取0.11份乙酸锌溶解于50份去离子水中,加入1.6份氨水溶液,上述两种溶液混合均匀(PH为10.6)倒入反应釜内胆,上述溶液的体积占反应釜内胆体积的80%,将铝板放入其中,再置于反应釜中,放入干燥箱,50℃下反应2h。水热反应结束后,取出铝板,干燥箱中烘干备用。
在室温条件下,将2.1份正硅酸乙酯逐滴加入到30份乙醇中,搅拌。2min后逐滴加入2份的六甲基二硅胺烷,2min后逐滴加入3份去离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌4h。所得混合溶液在室温下老化48h,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶与乙醇溶液按1:4体积比混合,得到硅溶胶稀溶液,将处理后铝板浸入其中12h。反应结束后,将处理后的铝板用乙醇冲洗干净,最后在80℃的干燥箱中干燥2h,然后取出冷却至室温得到成品。
实施例3
将铝板分别用600目、800目、1000目、1200目、1500目砂纸打磨,于100Hz频率下依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10min,在烘箱中进行干燥,获得处理后的铝板试样。称取0.11份乙酸锌溶解于50份去离子水中,加入1.6份氨水溶液,上述两种溶液混合均匀(PH为10.6)倒入反应釜内胆,上述溶液的体积占反应釜内胆体积的80%,将铝板放入其中,再置于反应釜中,放入干燥箱,60℃下反应2h。水热反应结束后,取出铝板,干燥箱中烘干备用。
在室温条件下,将2.1份正硅酸乙酯逐滴加入到30份乙醇中,搅拌。2min后逐滴加入2份的六甲基二硅胺烷,2min后逐滴加入3份去离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌4h。所得混合溶液在室温下老化48h,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶与乙醇溶液按1:4体积比混合,得到硅溶胶稀溶液,将处理后铝板浸入其中18h。反应结束后,将处理后的铝板用乙醇冲洗干净,最后在80℃的干燥箱中干燥2h,然后取出冷却至室温得到成品。
实施例4
将铝板分别用600目、800目、1000目、1200目、1500目砂纸打磨,于100Hz频率下依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10min,在烘箱中进行干燥,获得处理后的铝板试样。称取0.11份乙酸锌溶解于50份去离子水中,加入1.6份氨水溶液,上述两种溶液混合均匀(PH为10.6)倒入反应釜内胆,上述溶液的体积占反应釜内胆体积的80%,将铝板放入其中,再置于反应釜中,放入干燥箱,60℃下反应2h。水热反应结束后,取出铝板,干燥箱中烘干备用。
在室温条件下,将2.1份正硅酸乙酯逐滴加入到30份乙醇中,搅拌。2min后逐滴加入2份的六甲基二硅胺烷,2min后逐滴加入3份去离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌4h。所得混合溶液在室温下老化48h,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶与乙醇溶液按1:4体积比混合,得到硅溶胶稀溶液,将处理后铝板浸入其中36h。反应结束后,将处理后的铝板用乙醇冲洗干净,最后在80℃的干燥箱中干燥2h,然后取出冷却至室温得到成品。
实施例5
将小型波纹翅片板在沸水中煮沸2h,再依次用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10min,在烘箱中进行干燥,获得处理后的小型波纹翅片板试样。称取0.11份乙酸锌溶解于50份去离子水中,加入1.6份氨水溶液,上述两种溶液混合均匀(PH为10.6)倒入反应釜内胆,上述溶液的体积占反应釜内胆体积的80%,将小型波纹翅片板放入其中,再置于反应釜中,放入干燥箱,60℃下反应2h。水热反应结束后,取出材料,干燥箱中烘干备用。
在室温条件下,将2.1份正硅酸乙酯逐滴加入到30份乙醇中,搅拌。2min后逐滴加入2份的六甲基二硅胺烷,2min后逐滴加入3份去离子水。然后,整个反应再持续强烈搅拌4h。所得混合溶液在室温下老化48h,最终获得硅溶胶。再将硅溶胶与乙醇溶液按1:4体积比混合,得到硅溶胶稀溶液,将处理后的波纹翅片板浸入其中18h。反应结束后,将处理后的铝板用乙醇冲洗干净,最后在80℃的干燥箱中干燥2h,然后取出冷却至室温得到成品。
对比例1
直接采用实施例1中打磨处理的纯铝片于100Hz频率下依次用去离子水、丙酮、乙醇常温下超声清洗10min,清洗干净后,取出用吹风机吹干备用。
对比例2
直接采用实施例1中打磨处理的纯铝片浸泡于硅溶胶溶液中,硅溶胶溶液制备方法与实施例保持一致
特别说明:实验发现,纯铝片浸泡无法将硅溶胶制备于基材上,故在此不做性能测试。
性能测试:
1、形貌表征
将实施例1~5的产品置于扫描电镜下观察,如图1和图2所示,分别为实施例1~2铝板上水热合成构建的微纳结构放大2000倍(a)与放大10000倍(b)的扫描电镜图;实施例1硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(c)与放大10000倍电镜图(d);实施例2硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(e)与放大10000倍电镜图(f);实施例3~4波纹翅片板上水热合成构建的微纳结构放大2000倍(g)与放大10000倍(h)的扫描电镜图;实施例3硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(i)与放大10000倍电镜图(j);实施例4硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(k)与放大10000倍电镜图(l);实施例5波纹翅片板水热合成构建的微纳结构放大2000倍(m)与放大10000倍(n)的扫描电镜图;硅溶胶改性后的铝板表面形貌放大2000倍(o)与放大10000倍电镜图(p)。可以看出水热合成后,在铝板及波纹翅片板表面均制备出紧密棒状堆积的微纳二级粗糙结构,且经过溶胶凝胶法制备的硅溶胶溶液浸泡后,超疏水涂层存在于微纳米层棒状堆积结构的表面及缝隙中。
图4为本发明实施例4和5制备的超疏水涂层实物图;左边为平板上制备的超疏水涂层,右边为波纹翅片上制备的超疏水涂层。可以看出超疏水涂层在不同形状的基材上均能成功制备。
2、接触角测试
铝片接触角采用OCA25型号接触角测量仪Dataphysics测量,测量范围为0~180°,接触角分辨率为0.01°,测量精度为±0.1°。特别说明:由于波纹翅片板结构复杂,无法做耐摩擦测试。
测试结果见下表1
表1
组别 接触角(°) 耐摩擦距离
实施例1 157.4° 18.0m
实施例2 158.8° 19.8m
实施例3 153.6° 22.8m
实施例4 161.2° 24.0m
实施例5 156.7°
对比例1 101.2°
从表1可以看出,经过处理后的基材不仅获得了疏水表面,同时该表面具有极好的耐久性。
3、防结霜测试
防结霜测试是在自然环境中进行的,将实施例1-4和对比例1进行防结霜测试,测试条件为:室内环境15.8℃,结霜温度为-8℃,相对环境湿度为55%。测试结果见图3。分别为:实施例1超疏水铝表面(a1~d1);实施例2超疏水铝表面(a2~d2);实施例3超疏水铝表面(a3~d3);实施例4超疏水铝表面(a4~d4);对比例1未处理的铝表面(a5~d5)的抗结霜实验结果图。
特别说明:由于波纹翅片板结构复杂,无法做防结霜测试。
从图3可以看出,处理后的超疏水材料具有优异的抗结霜性能,且随着硅溶胶溶液中浸泡时间加长,抗结霜效果越好。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种超疏水材料,其特征在于,包括基材和超疏水涂层,所述超疏水涂层包括微纳米层和超疏水涂料层,微纳米层为紧密棒状堆积结构,超疏水涂料层存在于微纳米层棒状堆积结构的表面及缝隙中。
2.根据权利要求1所述的超疏水材料,其特征在于,所述超疏水涂料层为无氟长碳链的硅溶胶;所述基材表面至少部分超疏水涂层。
3.根据权利要求1所述的超疏水材料,其特征在于,所述超疏水涂层的粗糙度Ra为5μm~9μm;所述超疏水涂层的厚度为6μm~30μm;所述超疏水涂层表面对水的接触角为153.6°~161.2°。
4.根据权利要求1所述的超疏水材料,其特征在于,所述基材为铝、铜、镁及其合金中的任意一种。
5.权利要求1-4任一项所述的超疏水材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
取锌盐溶解于去离子水中,滴加碱性水溶液,混合均匀得到水热合成溶液;
将预处理的基材置入水热合成溶液中,在密封条件下反应后冷却至室温,取出基材清洗烘干;
将烘干的基材浸入硅溶胶溶液中浸泡,取出材料冲洗、烘干,即得到超疏水材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述预处理的过程为依次采用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min~15min,超声频率为100Hz~2kHz,结束后烘干;若所述基材为平整表面,则预处理前进行打磨处理;若所述基材为非平整表面,则预处理前将基材在沸水中煮沸处理。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述锌盐为六水合硝酸锌、醋酸锌、氯化锌中的至少一种;
所述碱性水溶液为氨水;
所述锌盐、去离子水和碱性水溶液的质量比为0.01~0.6:50~100:1~8;所述水热合成溶液的PH为10.0~10.8。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为50℃~100℃,反应的时间为1h~4h;
所述浸泡的时间为3~36h;
所述冲洗采用乙醇冲洗;所述干燥的温度为60℃~80℃,所述干燥的时间为20min~120min。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述硅溶胶溶液的制备方法包括以下步骤:
(1)在室温条件下,将正硅酸乙酯加入到乙醇中,搅拌,然后逐滴加入六甲基二硅胺烷,再逐滴加入去离子水;持续搅拌,室温下老化,得到硅溶胶;
(2)将硅溶胶和乙醇按1:3~1:6的体积比混合,得到硅溶胶溶液。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述正硅酸乙酯、六甲基二硅氨烷、去离子水、乙醇的体积比为0.6~3:0.5~3:0.7~4:10~50;
所述正硅酸乙酯可一次性直接加入到乙醇中或滴加到乙醇中;
所述六甲基二硅氨烷在一分钟内滴加入乙醇中;
所述去离子水在两分钟内滴加入乙醇中;
所述老化的时间为1.5d~3d;
所述持续搅拌的时间为1h~4h。
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