一种激光打印制备超疏水涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光打印制备超疏水涂层的方法，是先将有机硅烷和纳米粒子通过水解、缩合反应制得超疏水纳米复合物；再将超疏水纳米复合物、树脂与碳粉以混合球磨，得到均匀的超疏水碳粉；然后将超疏水碳粉装入激光打印机硒鼓内，通过激光打印机将超疏水碳粉打印到普通打印纸上，得到超疏水涂层。本发明专利技术通过激光打印机打印超疏水涂层，速度快，精度高，可以通过计算机设计，快速打印结构复杂的超疏水涂层（如复杂形状、梯度润湿性等），且打印制备的超疏水涂层性能优异（5μL水滴的接触角>155°，滚动角

A Method for Preparing Super-hydrophobic Coatings by Laser Printing

The invention discloses a method for preparing superhydrophobic coatings by laser printing, which first synthesizes superhydrophobic nanocomposites from organic silane and nanoparticles through hydrolysis and condensation reaction, then mixes superhydrophobic nanocomposites, resins and carbon powders by ball milling to obtain uniform superhydrophobic carbon powders, and then loads superhydrophobic carbon powders into selenium drum of laser printer, and superhydrophobic carbon powders are super-hydrophobic by laser printer. Hydrophobic carbon powder was printed on ordinary printing paper to obtain superhydrophobic coating. The superhydrophobic coating is printed by a laser printer with fast speed and high precision. The superhydrophobic coating with complex structure (such as complex shape, gradient wettability, etc.) can be printed quickly by computer design, and the superhydrophobic coating prepared by printing has excellent performance (contact angle of 5 mu L water droplets > 155 degree, rolling angle, etc.).

【技术实现步骤摘要】
一种激光打印制备超疏水涂层的方法
本专利技术涉及一种超疏水涂层的制备方法，尤其涉及一种利用激光打印将超疏水涂层打印到普通打印纸上制备超疏水涂层的方法。
技术介绍
超疏水表面是指水滴在其表面接触角大于150°，滚动角低于10°的表面。目前，制备超疏水表面的途径主要有两种：（1）在具有微-纳米粗糙结构表面上修饰低表面能物质；（2）在具有低表面能的物质表面构造微-纳米粗糙结构。微-纳米粗糙结构的构筑主要通过等离子刻蚀、静电纺丝、自组装、气相沉积和电化学沉积等技术手段，但是这些技术仍存在制备方法复杂、成本较高及稳定性差等问题。专利CN108654960A中，采用激光刻蚀法对基底表面进行微结构图案加工，之后通过含氟试剂对基底进行低能化处理获得超疏水表面。专利CN106517821A中，以PDMS为硅源，多壁碳纳米管为模板，在玻璃表面构筑硅纳米管涂层，然后通过化学气相沉积固化的PDMS对其进行疏水化处理，最终得到超疏水涂层。上述方法都存在制备过程复杂，基底依赖性大、涂层疏水性差及涂层的稳定性未涉及等诸多问题。近年来，如何通过简单高效的方法构筑超疏水涂层受到了广泛关注，为超疏水表面的应用奠定了基础。专利CN108043482A公开一种超浸润Janus纸或纸基超浸润图案及其应用，是以正硅酸乙酯和氟硅烷为原料，通过酸催化法在乙醇和水混合体系中合成了特定溶胶液。然后将该溶胶液通过喷墨打印法沉积到滤纸基底上，形成了具有良好超疏水性的表面。然而，该方法仍然存在环境污染、制备过程耗时久、成本高、不能规模化应用等问题。喷涂法和喷墨打印法方法简单，但存在自身缺陷。例如，喷涂法制备超疏水涂层人为影响因素大，涂层性能浮动较大；超疏水改性后，喷墨打印墨水稳定性存在问题，极易堵塞喷头。因此，如何通过简单快捷、精度高的方法制备超疏水涂层，尤其是快速制备结构复杂的超疏水涂层（如复杂形状、梯度润湿性等），是本领域迫切解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有超疏水涂层制备技术复杂、昂贵等问题，尤其是难以制备复杂结构超疏水样品的问题，提供一种简单快捷、精度高的激光打印制备超疏水涂层的方法。本专利技术激光打印制备超疏水涂层的方法，是先将有机硅烷和纳米粒子通过水解、缩合反应制得超疏水纳米复合物；再将超疏水纳米复合物、树脂与碳粉以混合球磨，得到均匀的超疏水碳粉；然后将超疏水碳粉装入激光打印机硒鼓内，通过激光打印机将超疏水碳粉打印到普通打印纸上，得到超疏水涂层。上述超疏水纳米复合物制备：是在醇溶剂中加入催化剂、水、有机硅烷和纳米粒子，在25~100°C下搅拌反应1~72h；反应结束后经离心、干燥，即得。有机硅烷与纳米粒子的质量比为1:1~1:50。催化剂的加入量为有机硅烷质量的1~200倍。其中，有机硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基二甲基甲氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基二甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。纳米粒子为碳纳米管、氧化石墨烯、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、纳米银、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、埃洛石、水滑石、蛭石、云母、高岭石、锂皂石、细菌纤维素、聚苯乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。催化剂为盐酸、硝酸、硫酸、醋酸、草酸、甲酸、苯磺酸、氨水、乙二胺、三乙胺、丁胺中的至少一种。醇溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、甘油中的至少一种。所述超疏水碳粉的制备中，超疏水纳米复合物与碳粉的质量比为1:5~1:0.2，超疏水纳米复合物与树脂的质量比为1:0.05~1:0.5；混合球磨时间为2~36h。其中，树脂包括聚苯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸正己酯、聚丙烯酸2-乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸特丁酯、聚甲基丙烯酸正己酯中的至少一种。在激光打印机打印时，可以根据需要设计图案，并由计算机控制打印出结构复杂的超疏水涂层。本专利技术通过激光打印机打印超疏水涂层，速度快，精度高，可以通过计算机设计，快速打印结构复杂的超疏水涂层（如复杂形状、梯度润湿性等），且打印制备的超疏水涂层性能优异（5μL水滴的接触角>155°，滚动角<8°），为规模化应用奠定了基础。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术激光打印制备超疏水涂层的制备方法和性能作进一步说明。实施例1称取18.0g直径为100nm的SiO2纳米粒子，加入到1000mL广口瓶中，再分别量取800mL丙醇、80mL草酸和40mL去离子水，磁力搅拌10min，细胞粉碎仪超声3min。之后量取5.0mL四乙氧基硅烷和16.0mL全氟癸基二甲基氯硅烷，加入到广口瓶中，室温下搅拌反应2h得到均一的超疏水SiO2悬浮液。然后在10000rpm条件下离心10min收集沉淀部分，并在60°C下干燥6h得到超疏水SiO2；其次，将超疏水SiO2与碳粉以质量比为1:1，聚苯乙烯5.0g的粉末混合球磨24h，得到均匀的超疏水碳粉，进一步将该超疏水碳粉过筛300目，然后称取50g装入激光打印机硒鼓内，随后通过激光打印将计算机设计的图案打印到普通打印纸上得到超疏水涂层。以5µL水滴测定接触角和滚动角：水接触角=166°，滚动角=5°。实施例2称取15.0g凹凸棒石，加入到1000mL广口瓶中，再分别量取660mL异丙醇、60mL盐酸和30mL去离子水，磁力搅拌10min，细胞粉碎仪超声3min。之后量取4.0mL氨丙基三乙氧基硅烷和12.0mL全氟辛基三乙氧基硅烷，加入到广口瓶中，室温下搅拌反应2h得到均一的超疏水凹凸棒石悬浮液。然后在8000rpm条件下离心15min收集沉淀部分，并在80°C下干燥5h得到超疏水凹凸棒石；其次，将超疏水凹凸棒石与碳粉以质量比为3:1，聚丙烯酸丁酯4.0g的粉末混合球磨36h，得到均匀的超疏水碳粉，进一步将该超疏水碳粉过筛300目，然后称取50g装入激光打印机硒鼓内，随后通过激光打印将计算机设计的图案打印到普通打印纸上得到超疏水涂层。以5µL水滴测定接触角和滚动角：水接触角=155°，滚动角=7°。实施例3称取10.0g埃洛石，加入到1000mL广口瓶中，再分别量取440mL甲醇、40mL醋酸和20mL去离子水，磁力搅拌10min，细胞粉碎仪超声3min。之后量取3.0mLγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和8.0mL全氟癸基三氯硅烷，加入到广口瓶中，室温下搅拌反应2h得到均一的超疏水埃洛石悬浮液。然后在9000rpm条件下离心12min收集沉淀部分，并在70°C下干燥6h得到超疏水埃洛石；其次，将超疏水埃洛石与碳粉以质量比为1:3，聚丙烯酸乙酯6.0g的粉末混合球磨30h，得到均匀的超疏水碳粉，进一步将该超疏水碳粉过筛300目，然后称取50g装入激光打印机硒鼓内，随后通过激光打印将计算机设计的图案打印到普通打印纸上得到超疏水涂层。以5µL水滴测定接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光打印制备超疏水涂层的方法，是先将有机硅烷和纳米粒子通过水解、缩合反应制得超疏水纳米复合物；再将超疏水纳米复合物、树脂与碳粉以混合球磨，得到均匀的超疏水碳粉；然后将超疏水碳粉装入激光打印机硒鼓内，通过激光打印机将超疏水碳粉打印到普通打印纸上，得到超疏水涂层。

【技术特征摘要】
1.一种激光打印制备超疏水涂层的方法，是先将有机硅烷和纳米粒子通过水解、缩合反应制得超疏水纳米复合物；再将超疏水纳米复合物、树脂与碳粉以混合球磨，得到均匀的超疏水碳粉；然后将超疏水碳粉装入激光打印机硒鼓内，通过激光打印机将超疏水碳粉打印到普通打印纸上，得到超疏水涂层。2.如权利要求1所述一种激光打印制备超疏水涂层的方法，其特征在于：超疏水纳米复合物制备：是在醇溶剂中加入催化剂、水、有机硅烷和纳米粒子，在25~100°C下搅拌反应1~72h；反应结束后经离心、干燥，即得。3.如权利要求2所述一种激光打印制备超疏水涂层的方法，其特征在于：所述有机硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基二甲基甲氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基二甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。4.如权利要求2所述一种激光打印制备超疏水涂层的方法，其特征在于：所述纳米粒子为碳纳米管、氧化石墨烯、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、纳米银、蒙脱石、凹凸棒石、海泡石、埃洛石...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊平，董洁，李凌霄，李步成，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62