一种无油超滑涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种无油超滑涂层及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷涂覆在预清洁后的基底表面，然后水平放置20～30h，再用四氢呋喃或甲苯、乙醇和水依次清洗4～6次，氮气吹干后得无油超滑涂层。本发明专利技术还包括采用上述方法制得的无油超滑涂层。本发明专利技术工艺简单易操作，成本低廉，不需要在表面加工微纳米结构和灌注润滑油，所得无油超滑涂层透明度高，无油腻感，不存在润滑油耗散，有效解决了润滑油耗散、透明度较低和有油腻感等问题，应用前景广泛。

An oil free super smooth coating and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种无油超滑涂层及其制备方法
本专利技术属于超滑涂层制备
，具体涉及一种无油超滑涂层及其制备方法。
技术介绍
仿生于猪笼草的超滑表面主要是将各类润滑液灌入带有粗糙结构的基底表面，形成一层光滑、连续的润滑液膜。该表面不被绝大多数液体所浸润，并呈现出了极小的液滴滑动角。近年来，超滑表面的相关研究取得了重大进展，因其克服了超疏水材料难以超疏低表面能液体、耐压性差等缺点，并展现出了有良好的透光性，能够自修复等优点，加之适用于多种基材，使超滑材料在自清洁、抗生物污染、防雾防结冰、防腐蚀、以及传热等方面有着广泛前景。通常情况下，超滑表面的润滑液需渗透进基底表面中并被牢牢锁住；相比于外部液滴，润滑液要更优先地浸润基底表面；润滑液与外部液体互不相溶。为满足上述条件，需要在基底表面制造出微纳米级的粗糙结构，提高比表面积以增加基底与润滑液之间的浸润性；还需要稳定性高和表面能低的润滑液，一般选用全氟惰性液体，如全氟聚醚、全氟化油等。然而，超滑表面会因为润滑油挥发、被外部液滴带走等因素逐渐耗散，从而导致超疏液性能失效；同时需要在表面加工微纳米结构，灌注润滑油，成本较高，所得表面透明度也比较低，有一定油腻感，上述问题大大限制了超滑表面在实际场景中的应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种无油超滑涂层及其制备方法，工艺简单易操作，成本低廉，不需要在表面加工微纳米结构和灌注润滑油，所得无油超滑涂层透明度高，无油腻感，不存在润滑油耗散，有效解决了润滑油耗散、透明度较低和有油腻感等问题，应用前景广泛。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无油超滑涂层的制备方法，包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在预清洁后的基底表面，然后在22～27℃、40～90％湿度或90～110℃、1～10％湿度条件下水平放置20～30h，再用四氢呋喃或甲苯、乙醇和水依次清洗4～6次，氮气吹干后得无油超滑涂层。进一步，涂覆时采用旋涂法、滴涂法或浸渍法。进一步，采用旋涂法时，转速为800～5000r/min。进一步，涂层厚度为500nm～2mm。进一步，预清洁时，将基底先后在丙酮和超纯水中90～110W功率下超声清洗5～15min。进一步，预清洁时，将基底放置在98vt％浓硫酸和30vt％双氧水按体积比6～8:3混合而成的混合液中，在80～100℃温度下加热10～14h，再在超纯水中90～110W功率下超声清洗5～15min。进一步，清洗时，在90～110W功率下超声清洗和/或普通冲洗。进一步，用四氢呋喃或甲苯、乙醇和水依次清洗4～6次，氮气吹干。进一步，基底为玻璃、石英、云母、单晶硅片、二氧化硅硅片、陶瓷、阳极氧化铝、镀有二氧化硅薄膜的铜、镀有二氧化硅薄膜的铝、镀有二氧化硅薄膜的不锈钢、镀有二氧化硅薄膜的镍或镀有二氧化硅薄膜的钛合金基底。进一步，聚二甲基硅氧烷分子量为200～100000。进一步，聚二甲基硅氧烷包括甲氧基、羟基、乙烯基、羧基、氨基、巯基端基封端产品。采用上述无油超滑涂层的制备方法制得的无油超滑涂层。综上所述，本专利技术具备以下优点：1、本专利技术的工艺简单易操作，成本低廉，不需要在表面加工微纳米结构和灌注润滑油，所得无油超滑涂层透明度高，无油腻感，不存在润滑油耗散，有效解决了润滑油耗散、透明度较低和有油腻感等问题，应用前景广泛，可应用于室外摄像设备的自清洁镜片、高层建筑自清洁玻璃幕墙、医用内窥镜防污染镜片、厨房防油烟厨具和原油输运管道减阻等方面。2、无油超滑涂层反应过程如图1所示，首先，聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子在空气中水解形成具有反应活性的硅羟基端基①，然后该硅羟基端基①与基底表面的硅羟基②发生脱水缩合反应，形成硅-氧-硅共价键③，将水解后的聚二甲基硅氧烷分子接枝到基底表面。该反应无需催化剂，仅需在特定温度条件下置放即可发生。共价接枝的聚二甲基硅氧烷分子在基底表面形成一层致密涂层，厚度约5nm，如图2所示。该无油超滑表面不仅对水等极性液体表现出了较好的疏液性，对非极性有机液体也表现出了极好的排斥性，滑动角均小于10°，且该涂层表面具有极高的光学透过率。3、本专利技术无需在基底表面制造粗糙结构，传统超滑表面需要制造出微纳米级的粗糙结构，以提高比表面积增加基底与润滑液之间的浸润性，锁住灌注的润滑油；传统超滑表面需要外部灌注润滑油，在测试液体与基底之间形成一层油膜作为润滑层，才能实现超滑效果。本专利技术无需灌注润滑油，作为润滑层的聚二甲基硅氧烷分子，是通过与基底表面发生脱水缩合反应形成共价键，接枝固定于基底表面，摆脱润滑油耗散问题，使用寿命更长，使用成本更低。因粗糙结构会导致光的反射及散射，降低表面的透明度；本专利技术的超滑表面无需粗糙结构，因此透明度极高；因无需灌注润滑油，没有明显的油层，因此本专利技术的超滑表面无油腻感，相较于灌油超滑表面，不易吸附外界的灰尘和污物(如蚊子、飞蛾尸体)。4、本专利技术的制备方法简便易操作，无苛刻的实验条件要求，只需室温放置即可，易于规模生产；聚二甲基硅氧烷材料安全无毒，可应用于食品行业。同时，因管道中制作粗糙结构难度大，成本高，灌注的润滑油容易被流体带走，产生消耗；而本专利技术的无油超滑涂层因无需粗糙结构、以及无需润滑油，解决了传统超疏水、超滑表面难以在管道输运减阻、船舶生物防污等领域实际应用的难题。附图说明图1为无油超滑涂层制备原理示意图；图2为无油超滑涂层示意图；图3为各液体在无油超滑涂层上的滑动角；图4为无油超滑涂层的光透过率。具体实施方式实施例1一种无油超滑涂层的制备方法，包括以下步骤：选用玻璃基底，将基底先后在丙酮和超纯水中100W功率下超声清洗10min进行预清洁；将1g聚二甲基硅氧烷(分子量为4000～6000)在转速2000r/min条件下均匀涂旋在预清洁后的玻璃基底表面，涂层厚度为500nm～2mm，然后在25℃、50％湿度条件下水平放置24h，再用四氢呋喃、乙醇和水依次在100W功率下超声清洗5次，氮气吹干后得无油超滑涂层。在本实施例所得无油超滑涂层上进行接触角和滑动角测试，水接触角为105°，滑动角为7°；油(十六烷)接触角为95°，滑动角为2°。实施例2一种无油超滑涂层的制备方法，包括以下步骤：选用二氧化硅硅片作为基底，将基底放置在98vt％浓硫酸和30vt％双氧水按体积比7:3混合而成的混合液中，在90℃温度下加热12h，再在超纯水中100W功率下超声清洗10min；将1g聚二甲基硅氧烷(分子量为2000～4000)通过滴管均匀滴涂在预清洁后的基底表面，涂层厚度为500nm～2mm；然后在100℃、7％湿度条件下水平放置24h，再用甲苯、乙醇和水依次冲洗5次，氮气吹干后得无油超滑涂层。在本实施例所得无油超滑涂层上进行接触角和滑动角测试，油(正己烷)接触角为94°，滑动角为1.5°。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在预清洁后的基底表面，然后在22～27℃、40～90％湿度或90～110℃、1～10％湿度条件下水平放置20～30h，再依次清洗、干燥后得无油超滑涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚二甲基硅氧烷均匀涂覆在预清洁后的基底表面，然后在22～27℃、40～90％湿度或90～110℃、1～10％湿度条件下水平放置20～30h，再依次清洗、干燥后得无油超滑涂层。


2.如权利要求1所述的无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，涂覆时采用旋涂法、滴涂法或浸渍法。


3.如权利要求1所述的无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，涂层厚度为500nm～2mm。


4.如权利要求1所述的无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，预清洁时，将基底先后在丙酮和超纯水中90～110W功率下超声清洗5～15min。


5.如权利要求1所述的无油超滑涂层的制备方法，其特征在于，预清洁时，将基底放置在98vt％浓硫酸和30vt％双氧水按体积比6～8:3混合而成的混合液中，在80～100℃温度下加热10～14h，再在超纯水中90～110W功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭，王德辉，
申请(专利权)人：成都普界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51