一种超疏水复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种超疏水复合材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)将金属基材依次进行超声波清洗以及干燥后得到待处理金属基材；(2)将步骤(1)所得待处理基材依次进行刻蚀处理、中和处理、清洗以及烘干后得到带有微纳米孔隙层的材料；(3)在步骤(2)所得带有微纳米孔隙层的材料上依次进行喷涂以及固化后得到所述超疏水复合材料。本发明专利技术通过刻蚀在金属基材上形成微纳米孔隙层，然后采用喷涂法形成疏水层，应用到电冰箱蒸发器中可以解决或改善原有蒸发器表面结霜的问题；此外，还可以取消蒸发器除霜装置所需要的加热组件或保留原除霜组件的情况下降低除霜频率，实现降低能耗的目标。现降低能耗的目标。现降低能耗的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种复合材料，尤其涉及一种超疏水复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]凝露和结霜现象普遍存在于我们的日常生活中，对于植物的生长、生态的平衡具有重要的意义。然而，在实际生产生活中，我们往往需要抑制甚至消除这两种现象。比如在换热器中，凝露、结霜现象的存在会导致热效率显著降低，造成巨大的能源浪费。
[0003]冰箱在使用过程中内部空间(储存空间)湿度高，有时为了保鲜的需求甚至需要加湿。这样储存空间内有较多的水汽，而冰箱主要制冷部件蒸发器裸露抑或作为一层搁架安装在储存空间(内胆)内；因为蒸发器表面温度极低，进而造成冰箱储存空间内的水汽凝结在蒸发器表面形成霜，如果不及时清除蒸发器表面所凝结的霜，会造成蒸发器与储存空间的热交换(霜的导热系数远远低于空气的导热系数)效率差进而影响制冷效果；较厚的霜层若未及时清除就会形成坚硬的冰块甚至会造成蒸发器被损坏(冰膨胀或人工清除)。且较大的霜块(冰块)从蒸发器上脱落后会堵塞排水管道，造成内胆内积水或内胆底部结冰。
[0004]作为空调、制冷设备、空气源热泵等热量传递和交换的关键部件，换热器/蒸发器铝箔翅片表面亲水处理和间断加热除霜虽可解决冷凝水桥、腐蚀等问题，但亲水涂层和表面结露水膜的存在均降低了铝箔的换热系数，水膜蒸发也不利于室内湿度的控制，且冷凝水带走大量能量，造成能源浪费；采用的间断加热融霜不仅增加能耗，影响室内温度，化霜水难以及时脱附，易再次结霜，严重影响空调的换热效率和可靠性，结霜严重时甚至发生系统停机现象，还易使铝箔吸附灰尘、发霉等，增加室内病菌、微生物含量和PM2.5颗粒值，危害人体健康，甚至引发各种疾病。近些年的研究显示，超疏水表面具有憎水、自洁、耐蚀、减阻等特性，且在延迟、抑制露霜冰的形成和生长有一定作用。然而，同行和本课题组的研究结果均表明，普通超疏水表面硏究仅在常温、干燥条件下适用，冷凝、结霜条件下，超疏水表面并不能避免结露、结霜现象。近几年，具有适宜微纳结构的超疏水表面形成的冷凝液滴合并后能够自发弹跳，发生迁移或脱落。不但如此，这种超疏水表面化霜融冰时，由于表面接触霜冰层最先融化，立刻形成一层类似于“润滑油”的液膜，使得霜冰层未完全融化时，即整层滑落/剥落。无论是除霜融冰时间、还是残留水，都显著少于其它表面。但是，现有研究仍存在如下难点和问题：第一，大面积制备难；第二，规模化制备难；第三，工艺复杂。
[0005]有相关专利公开了一种换热器铝箔翅片组超疏水表面规模化制备方法，所述方法包括下列步骤：(1)前处理：将密排成组的换热器铝箔翅片组经丙酮、去离子水超声清洗，吹干后浸入碱液中，室温条件下处理后依次用乙醇、去离子水清洗，吹干后备用；(2)刻蚀处理：以酸性或碱性水溶液为刻蚀液，将换热器铝箔翅片组，在40
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60℃水浴条件下，置于刻蚀液中，刻蚀时间为60～150s，取出后用乙醇、去离子水清洗并吹干，所述的酸性或碱性水溶液中添加丙三醇或聚乙二醇为添加剂；(3)弱碱性沸水处理：将刻蚀处理后的密排成组的换热器铝箔翅片置于弱碱性沸水中1～2h，随水冷却至室温后取出，用去离子水清洗并吹干；
(4)化学改性：将处理好的铝箔翅片组置于玻璃槽中，并在其侧玻璃皿中滴加少量氟硅烷采用气相沉积法实现氟硅烷的修饰，密封后置于150℃烘箱中反应一段时间后即完成化学改性，获得超疏水铝箔翅片组。所述方法加工工艺时间长，成本高，防霜效果较差。
[0006]再有，中国专利公开了一种具有微纳复合结构的铝表面超疏水涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)前处理：将铝片清洗后，在100℃烘箱中干燥；(2)微米级粗糙结构构建：将步骤1处理后的铝片浸入到酸刻蚀剂中进行刻蚀，刻蚀后的铝片先用蒸馏水冲洗停止反应，再用蒸馏水超声清洗附着在铝片上的沉积物，得到具有微米级粗糙结构的铝表面；(3)微纳复合粗糙结构构建：将酸刻蚀后的铝片浸泡于纳米粒子的乙醇溶液中，纳米粒子的粒径为15nm
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100nm，溶度为0.5wt％
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4wt％，浸泡时间为1
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10mina浸泡处理后，在300℃以上的马弗炉中反应3
‑
6h，得到具有微纳复合粗糙结构的铝表面；(4)低表面能物质处理：将步骤3处理后的铝片喷涂厚度为0.05
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0.2μm的低表面能的树脂涂层，所述树脂涂层由氟硅树脂或氟硅改性树脂构成，然后在150℃固化3h，即可得到超疏水涂层。该专利两次构建粗糙结构后利用树脂作为疏水层达到防结霜的目的，所述方法工艺复杂，成本较高，不利于工业化生产。
[0007]综上所述，现有技术仅仅是对于超疏水涂层有初步的研究，其防霜性能差或未研究材料的防霜性能，材料存在各种不同的问题或缺陷，总体性能差强人意，和实际应用的需求有较大的差距。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种超疏水复合材料及其制备方法与应用。所述超疏水复合材料可以应用到电冰箱蒸发器中可以解决或改善原有蒸发器表面结霜的问题；此外，还可以取消蒸发器除霜装置所需要的加热组件或保留原除霜组件的情况下降低除霜频率，实现降低能耗的目标。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种超疏水复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0011](1)将金属基材依次进行超声波清洗以及干燥后得到待处理金属基材；
[0012](2)将步骤(1)所得待处理基材依次进行刻蚀处理、中和处理、清洗以及烘干后得到带有微纳米孔隙层的材料；
[0013](3)在步骤(2)所得带有微纳米孔隙层的材料上依次进行喷涂以及固化后得到所述超疏水复合材料。
[0014]本专利技术通过刻蚀在金属基材上形成微纳米孔隙层，然后采用喷涂法形成疏水层，应用到电冰箱蒸发器中可以解决或改善原有蒸发器表面结霜的问题。
[0015]本专利技术所述微纳米孔隙层可以增加金属基材与疏水涂层的结合力。
[0016]优选地，步骤(1)所述超声波清洗中使用的清洗液按质量百分比计包括如下组分：防锈剂1
‑
5wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；复合表面活性剂30
‑
45wt％，例如可以是30wt％、32wt％、34wt％、36wt％、38wt％、40wt％、42wt％或45wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；有机助洗剂5
‑
10wt％，例如可以是5wt％、6wt％、7wt％、
8wt％、9wt％或10wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；添加剂4
‑
8wt％，例如可以是4wt％、5wt％、6wt％、7wt％或8wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；其余为水。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将金属基材依次进行超声波清洗以及干燥后得到待处理金属基材；(2)将步骤(1)所得待处理基材依次进行刻蚀处理、中和处理、清洗以及烘干后得到带有微纳米孔隙层的材料；(3)在步骤(2)所得带有微纳米孔隙层的材料上依次进行喷涂以及固化后得到所述超疏水复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超声波清洗中使用的清洗液按质量百分比计包括如下组分：防锈剂1
‑
5wt％，复合表面活性剂30
‑
45wt％，有机助洗剂5
‑
10wt％，添加剂4
‑
8wt％，其余为水；优选地，所述防锈剂包括硼酸和/或油酸；优选地，所述复合表面活性剂包括沙索EN90；优选地，所述有机助洗剂包括三乙醇胺；优选地，所述添加剂包括碳酸钠以及碳酸氢钾。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超声波清洗后金属基材的水接触角≤5
°
；优选地，步骤(1)所述干燥的温度为80
‑
100℃。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述刻蚀处理中的刻蚀液包括酸性混合液；优选地，所述酸性混合液包括硫酸和硝酸银水溶液；优选地，所述酸性混合液中硫酸的含量为8
‑
35g/L；优选地，所述酸性混合液中硝酸银的含量为0.3
‑
7g/L；优选地，所述刻蚀处理的时间为30
‑
50min；优选地，所述刻蚀处理的温度为20
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30℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述中和处理中使用的中和液包括碱性溶液；优选地，所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液和/或氢氧化钙溶液；优选地，步骤(2)所述烘干的温度为25
‑
100℃；优选地，步骤(2)所述微纳米孔隙层的厚度为100
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800nm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述喷涂中使用的喷涂液按质量百分比计包括如下组分：聚甲基硅氧烷30
‑
45wt％，二氧化硅凝胶20
‑
35wt％，异丙醇15
‑
35wt％，流平剂3
‑
8...

【专利技术属性】
技术研发人员：任富佳，李果，雷大法，余冰波，赖绍兴，田梦涛，徐峰，孙晴，柯诗怡，陈璐，
申请(专利权)人：杭州老板电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：