一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术涉及超疏水表面制备技术领域，具体的说是一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法。一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：S1、基体预处理；S2、涂料配置，构建分层纹理微纳米结构；S3、在步骤S2所获得的微纳米结构表面修饰低表面能物质，制得超疏水表面。本发明专利技术利用水玻璃作为颗粒与基体之间的粘合剂，制备出了具有优异机械稳定性的超疏水表面。本发明专利技术首次将硅酸盐作为粘合剂引入超疏水表面，证实了其可行性，其制备方法简单、快速、可大面积制备。可大面积制备。可大面积制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法


[0001]本专利技术涉及超疏水表面制备
，具体的说是一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法。

技术介绍

[0002]仿生的超疏水表面具有极好的非润湿性，该非润湿性源于表面的微结构和低表面能的物质，具有潜在的应用前景。无论是微观结构的破坏还是低表面能物质的破坏，超疏水表面的憎水性都会消失。目前，许多方法（即热处理和预包埋的微胶囊）用于克服低表面能物质的失败。然而，微结构的脆弱性可能是更严重和更困难的障碍。目前，诸如电沉积、水热法、蚀刻、自组装和模板合成等等已经被用来制造超疏水表面的分层纹理结构。然而，上述方法制造的微纳米结构由于弱的机械性能，在外力下，脆弱不堪，极易被破坏，比如，手指划擦、刀割等等，进而丧失超疏水性。这极大的限制了超疏水表面的应用。在微结构之间引入粘合剂，特别是无机粘合剂是一种新颖的方法，利用粘合剂的物理或化学作用来增强微结构之间的界面可以有效地降低微结构的脆性，从而提高超疏水性表面的坚固性。
[0003]有机物虽然具有优异的耐强酸强碱性能，但是一般不耐老化，容易失效。而且，有机涂料需要溶解在有机溶剂中，而这些有机溶剂通常具有高毒性并伴有高挥发性，不仅带来安全隐患，还带来了严重的环境风险，从而限制了大规模生产和广泛应用。无机胶粘剂具有耐高温、耐老化等特点。而且，几乎所有的无机胶粘剂是以水溶液为分散介质的。水分蒸发，不会释放有毒物质。无机胶粘剂种类众多，但在超疏水表面的应用少之又少。硅酸盐胶粘剂作为使用最为广泛的无机胶粘剂之一，也具有出色耐高温、耐老化性能。但是，还没有被开发作为超疏水表面的粘合剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法。该专利技术首次将硅酸盐作为粘合剂引入超疏水表面，证实了其可行性，其制备方法简单、快速、可大面积制备。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：S1、基体预处理；S2、涂料配置，构建分层纹理微纳米结构；涂料配置：称取2
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4 g水玻璃，0
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3 g二氧化硅，0
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3 g氧化锌，溶解于3
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10 mL去用离子水，搅拌5 min；将步骤S1中预处理的基体置于加热板上，使用喷枪向基体表面喷涂涂料，构建微纳米结构；S3、在步骤S2所获得的微纳米结构表面修饰低表面能物质，制得超疏水表面。
[0006]优选地，步骤S1中，所述基体为玻璃、铜片、陶瓷或不锈钢网，将基体依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，除去表面杂质，暖风吹干备用。
[0007]优选地，步骤S2中，水玻璃质量为3 g，二氧化硅质量为2 g，氧化锌质量为1 g，去离子水体积为5 mL。
[0008]优选地，步骤S2中，加热板温度为室温～100 ℃。
[0009]优选地，步骤S3中，所述的低表面能物质为全氟硅烷。
[0010]优选地，步骤S3中，将喷涂涂料的基体垂直放入反应釜内胆中，滴入30
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L 1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三乙氧基硅烷，密封后于120 ℃反应2 h；待反应釜自然冷却至室温，将样品取出于150 ℃加热1 h，除去物理吸附在表面上的全氟硅烷，获得表面修饰全氟硅烷的超疏水表面。
[0011]本专利技术的基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，与现有技术相比，所产生的有益效果是：本专利技术将水玻璃掺入二氧化硅和氧化锌颗粒分散介质中，以获得全新的涂料，从而制备了坚固的分层纹理微纳米超疏水表面。水玻璃起硅烷偶联剂的作用，并与颗粒或基材表面的羟基发生脱水缩合反应，形成硅酸盐网络结构，从而改善了超疏水表面的坚固性和稳定性。
附图说明
[0012]图1为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面SEM图和接触角测量图；（a）玻璃基体；（b）超疏水涂层；图2为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面XPS图；（a）宽谱；（b）Zn 2p；（c）F 1s；（d）O 1s；（e）C 1s；（f）Si 2p；图3为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面不同处理温度SEM图；（a）室温；（b）60 ℃；（c）80 ℃；（d）100 ℃；图4为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面不同处理温度下接触角和表面粗糙度变化曲线；图5为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面不同pH下接触角变化图；图6为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面不同时间UV照射下静接触角和滚动角变化图；图7为本专利技术中所制备的玻璃基体超疏水表面不同机械稳定性测试下静接触角和滚动角变化图：（a）砂纸磨损；（b）沙子磨损；（c）胶带剥离；（d）超声处理。
[0013]具体实施方法下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]实施例一 本专利技术提供一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，采用喷涂和表面修饰两步法，通过控制涂料配比以及处理温度，在不同基体上制备了分层纹理结构的超疏水表面，具体来说，包括以下步骤：S1、基体预处理将玻璃基体依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，除去表面杂质及氧化物，暖风吹干备用，如图1中（a）所示。其中，基体也可以选择铜片、陶瓷或不锈钢网。
[0015]S2、涂料配置，构建分层纹理微纳米结构涂料配置：称取3 g水玻璃，2 g二氧化硅（2
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m），1 g氧化锌（100 nm），溶解于5 mL去用离子水，搅拌5 min。将玻璃基体置于80 ℃加热板上，使用喷枪，其压力0.4 MPa，喷涂距离30 cm，在玻璃基体表面喷涂涂料，构建微纳米结构。
[0016]本步骤中，加热板温度为可在室温到100 ℃之间，例如：室温、60 ℃、80 ℃、100 ℃。可以发现，在室温下，水挥发太慢，导致团聚颗粒二次分散在基材表面形成平坦表面，如图3中（a）。而随着温度的升高，表面由平坦变为粗糙，水分挥发的剧烈程度增加，导致形成更多的孔隙，如图3中（b）、（c）、（d），这有利于粗糙结构的构建和超疏水特性的实现，如图4。
[0017]S3、表面修饰，制备具有拒水性能的超疏水表面在步骤S2所获得的具有微纳米结构表面修饰低表面能物质全氟硅烷，制得具有拒水性能的超疏水表面。具体方法和过程为：将喷涂涂料的基体垂直放入反应釜内胆中，滴入30
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L 1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三乙氧基硅烷，密封后于120 ℃反应2 h；待反应釜自然冷却至室温，将样品取出于150 ℃加热1 h，除去物理吸附在表面上的全氟硅烷，制备得优异机械稳定性的超疏水表面。
[0018]本实施例制备的基于水玻璃界面增强的超疏水表面形成粗糙的花椰菜结构，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基体预处理；S2、涂料配置，构建分层纹理微纳米结构；涂料配置：称取2
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4 g水玻璃，0
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3 g二氧化硅，0
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3 g氧化锌，溶解于3
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10 mL去用离子水，搅拌5 min；将步骤S1中预处理的基体置于加热板上，使用喷枪向基体表面喷涂涂料，构建微纳米结构；S3、在步骤S2所获得的微纳米结构表面修饰低表面能物质，制得超疏水表面。2.根据权利要求1所述的基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述基体为玻璃、铜片、陶瓷或不锈钢网，将基体依次用丙酮和无水乙醇超声清洗，除去表面杂质，暖风吹干备用。3.根据权利要求1所述的基于水玻璃界面增强的超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤S2中，水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，李长阳，张盾，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：