一种PDMS可修复超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PDMS可修复超疏水涂层及其制备方法，将粉末状水溶性盐压入PDMS橡胶固化前体内，然后依次经过加热固化、水浸泡、火烤，得到PDMS可修复超疏水涂层。本发明专利技术火烤得到PDMS可修复超疏水涂层，其具有的微纳米二元粗糙度表面结构具有比单一的纳米级粗糙结构更高的机械强度，可以有效抵制外力磨损。可以有效抵制外力磨损。可以有效抵制外力磨损。

【技术实现步骤摘要】
一种PDMS可修复超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于疏水材料技术，具体涉及一种PDMS可修复超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]超疏水涂层的应用领域决定了疏水层将长期暴露在较为恶劣的自然环境下，如严寒冬季的冰雪覆盖、暴雨天气的水流冲击、干燥气候的风吹日晒以及各种形式的刮擦挤压等等，如果不能有效提高超疏水涂层的机械强度和材料的稳定性以提升其使用寿命，必将严重阻碍超疏水涂层在实际应用中发挥作用。同时，疏水涂料的制备涉及使用含氟化合物、有机溶剂等多种化学试剂，不仅成本高昂，且一旦损耗流失易威胁环境和生命安全。提升涂层的耐磨性，优化制备工艺是当下超疏水领域必须解决的关键问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术以184 硅橡胶（主成分聚二甲基硅氧烷PDMS）为基础，以氯化钠颗粒为模板并结合火焰处理的方法，制备出包含微纳分级结构的PDMS单组分超疏水涂层，涂层具有较好的透明度、稳定性和一定的自修复功能；微纳米二元粗糙度表面结构具有比单一的纳米级粗糙结构更高的机械强度，可以有效抵制外力磨损，将有效提升超疏水表面结构的耐磨损性能。
[0004]本专利技术公开了一种PDMS可修复超疏水涂层，其制备方法为，将粉末状水溶性盐压入PDMS橡胶固化前体内，然后依次经过加热固化、水浸泡、火烤，得到PDMS可修复超疏水涂层。
[0005]进一步的，将PDMS橡胶固化前体涂在基底上，再将粉末状水溶性盐撒抹在PDMS橡胶固化前体表面，然后压入PDMS橡胶固化前体内；其中涂PDMS橡胶固化前体、撒抹粉末状水溶性盐以及压入粉末状水溶性盐的具体操作为常规方法，比如将PDMS橡胶固化前体旋涂在基底上，再将粉末状水溶性盐撒抹在PDMS橡胶固化前体表面，然后用塑料板或者玻璃板将其压入PDMS橡胶固化前体内。优选的，将粉末状水溶性盐覆盖PDMS橡胶固化前体的表面。
[0006]本专利技术中，PDMS橡胶固化前体为现有产品，为PDMS橡胶固化前的混合物，粘稠液体，比如制备184 硅橡胶的基本组分与固化剂。本专利技术利用现有橡胶，创造性的将粉末状水溶性盐压入PDMS橡胶固化前体内，然后依次经过加热固化、水浸泡得到带孔PDMS橡胶，火烤得到PDMS可修复超疏水涂层，其具有的微纳米二元粗糙度表面结构具有比单一的纳米级粗糙结构更高的机械强度，可以有效抵制外力磨损。
[0007]本专利技术中，粉末状水溶性盐为氯化钠粉、氯化钾粉、氯化镁粉、氯化钙粉等。优选的，粉末状水溶性盐的粒径为10～50μm，优选15～30μm。水浸泡可去除盐并对橡胶的微结构有影响，优选为热水浸泡，最好为沸水。
[0008]本专利技术中，基底没有限定，比如玻璃。旋涂时，转速为2000～10000rpm，时间为10～50s；优选的，转速为7000～9000rpm，时间为10～20s。
[0009]本专利技术中，加热固化的温度为130～160℃，时间为8～12min。当温度过低时，固化
的PDMS在水中浸泡后表面会自发恢复平整，无法获得应有的粗糙度；当温度过高时，氯化钠颗粒会被烧结在涂层内而无法溶解除去，影响涂层的疏水性和透过率。
[0010]本专利技术中，火烤为酒精灯火烤，优选的，火焰顶点与带孔PDMS橡胶的距离为2～5mm，火烤时间为3～30s，优选10～20s。氯化钠模板的微结构并不能实现超疏水状态，还需以酒精灯烘烤，烘烤的时间会影响涂层表面纳米结构的密集度而影响疏水性；本专利技术火烤参数下，涂层表面的纳米突触逐渐增多，最终布满涂层表面，涂层因此达到最佳的超疏水状态。另外，本专利技术采用酒精灯火烤，避免烛灰、炭黑等物质产生。
[0011]本专利技术公开了上述PDMS可修复超疏水涂层在制备疏水材料中的应用，尤其在制备耐磨、自修复疏水材料中的应用。
[0012]本专利技术通过对磨损后的涂层表面进行测试分析，发现一些凹陷的区域，特别是“坑洞”结构中，纳米级粗糙度保存得相对完好，说明氯化钠颗粒构筑的微米级粗糙结构对纳米结构起到了有效的保护作用，由于聚二甲基硅氧烷本身是低表面能材料，复制氯化钠颗粒模板表面结构形成的微米尺度粗糙结构后疏水性得到了有效提升，即使没有纳米结构涂层依然可以稳定维持疏水的状态，因此涂层能有效抵抗线性力磨损的破坏。另外，300℃热处理后，样品表面依然处于超疏水状态。在酸溶液中浸泡24小时后，样品表面的粗糙度几乎没有改变，保持优异的疏水性能。
附图说明
[0013]图1为PDMS可修复超疏水涂层制备流程图；图2为PDMS可修复超疏水涂层的疏水性：（a）接触角；（b）滚动角；图3为PDMS可修复超疏水涂层表面SEM 图像：（a）微米凹坑结构；（b）纳米突触结构；图4为氯化钠尺寸对涂层形貌的影响：a、a1、a2大颗粒氯化钠涂层表面SEM 图；b、b1、b2小颗粒氯化钠涂层表面SEM 图；图5为火焰处理时间对涂层形貌的影响：（a）5 s；（b）10 s；（c）15 s；（d）20 s；图6为涂层透明度的变化：（a）3000 rpm；（b）5000 rpm；（c）7000 rpm；（d）9000 rpm；图7为PDMS涂层磨损时接触角
‑
滚动角变化曲线（砂纸打磨）；图8为PDMS涂层磨损后的表面形貌，砂纸打磨50 次，a、b表示两个不同地方；图9为PDMS涂层高温处理后的实物图：（a）500℃处理100 min 后的疏水性；（b）钢刀刮磨后的疏水性；图10为PDMS涂层酸碱浸泡测试结果：（a）接触角的变化；（b）酸溶液中浸泡后的SEM 图；图11为磨损修复循环过程中疏水性的变化曲线：（a）接触角变化；（b）滚动角变化；图12为PDMS涂层修复前后SEM图：（a~b）受损样品表面结构；（c~d）修复砂纸磨损后的形貌；图13为PDMS可修复超疏水涂层修复10次后的实物图；图14为PDMS可修复超疏水涂层自清洁过程，a至d表示自清洁过程；图15为PDMSPDMS可修复超疏水涂层表面水珠的结冰过程，a至d表示结冰过程；
图16为PDMS可修复超疏水涂层结冰
‑
除冰过程疏水性的变化。
具体实施方式
[0014]本专利技术涉及的原料都是现有产品。184硅橡胶（PDMS）为道康宁SYLGARD184，由液体组分组成的双组分套件产品，包括基本组分与固化剂，使用时基本组分与固化剂按10:1完全混合。
[0015]台式匀胶机为KW
‑
4A/5。
[0016]样品测试表征方法：润湿性测试：采用JCY
‑
4 型接触角测量仪对样品的润湿性能进行表征，包括动态接触角和静态接触角，测试环境为室温，每次滴加的水珠大小为4 μL；表面形貌测试：采用德国蔡司公司的Sigma 300 扫描电子显微镜观察样品表面形貌，测试加速电压为3 KV。测试前对样品表面进行喷金处理。每个样品喷金处理时的电流为20 mA，喷金时间为40 s；透过率测试：采用岛津公司的UV
‑
3600 紫外
‑
可见光光度计测试样品的透过率，测试波长范围为300
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDMS可修复超疏水涂层，其特征在于，所述PDMS可修复超疏水涂层的制备方法为，将粉末状水溶性盐压入PDMS橡胶固化前体内，然后依次经过加热固化、水浸泡、火烤，得到PDMS可修复超疏水涂层。2.根据权利要求1所述PDMS可修复超疏水涂层，其特征在于，粉末状水溶性盐为氯化钠粉、氯化钾粉、氯化镁粉、氯化钙粉中的一种或几种；粉末状水溶性盐的粒径为10～50μm。3.根据权利要求1所述PDMS可修复超疏水涂层，其特征在于，加热固化的温度为130～160℃，时间为8～12min。4.根据权利要求1所述PDMS可修复超疏水涂层，其特征在于，火烤为酒精灯火烤。5.权利要求1所述PDMS可修复超疏水涂层的制备方法，其特征在于，将PDMS橡胶固化前体涂在基底上，再将粉末状水溶性盐撒抹在PDMS橡胶固化前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳艳，刘署，徐志勇，彭长四，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：