一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及表面防护领域，具体涉及一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及表面防护领域，具体涉及一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法
。

技术介绍

[0002]自然界中，许多动植物表面展现出独特的表面超疏水性质，包括荷叶
、
玫瑰花瓣
、
蜘蛛丝以及蝉翼等，赋予它们以自清洁
、
防腐蚀
、
防冰冻和减阻的特性
。
一般来说，超疏水表面的静态水接触角
(WCA)
超过
150
°
。
研究表面，虽然具有超疏水性的生物体的表面形貌和结构各有不同，但是实现超疏水表面均具有两个必要因素：具有周期性微纳米尺度的均匀粗糙形貌和覆盖低表面能的化学物质
。
基于这一仿生原理，受典型生物表面超疏水特性的启发，人们逐渐专注于仿造生物的超疏水结构，通过化学蚀刻
、
电纺丝
、
模板方法
、
光刻
、
溶胶
‑
凝胶工艺和喷涂工艺等一系列技术，使得不同基底材料表面具有超疏水性，进而获得典型生物表面的功能特性
。
在这些研究方法中，喷涂技术具有成本低
、
操作简单
、
不受不同基材的限制以及易于大规模生产的特点，成为理想的超疏水表面制备技术
。
[0003]本专利技术受天然荷叶表面特性的启发，利用空气喷涂技术，在基体上设计制备一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层
。
涂料主要由硅树脂
、
环氧树脂
、
聚四氟乙烯微粉
、
黏土
、
二氧化钛
、
二氧化硅
、
硅烷
、
固化剂和溶剂组成
。
借助喷涂
‑
固化工艺，进而同时在基底表面获得具有低表面能的分层微纳米结构，这符合典型天然植物表面的超疏水特征
。
所制备的超疏水涂层在防结冰
、
自清洁
、
油水分离
、
耐腐蚀和机械稳定性方面表现优异，因而具有较好的应用潜力
。

技术实现思路

[0004]采用一步喷涂法在不同表面制备超疏水涂层，目的在于直接使用未改性的填料，建立具有多功能应用的超疏水涂层体系
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：
[0007]S1、
不同基体的喷涂前表面处理：
[0008]马口铁的表面处理：首先，分别采用
400#
和
2000#
砂纸对马口铁进行打磨和抛光，然后将马口铁在去离子水中超声波清洗
10min
，接着分别用去离子水
、
丙酮和无水乙醇冲洗3次，在
N2流下干燥
。
[0009]铜网的表面处理：将
200#
的铜网在丙酮中用超声波清洗
10min
，然后用丙酮和无水乙醇分别冲洗铜网3次，然后采用
N2流将铜网吹干
。
[0010]S2、
涂料的配制：
[0011]将
10g
硅树脂
、2g
硅烷和
3g
环氧树脂加入
20
‑
50mL
溶剂中，采用保鲜膜封住烧杯口，利用磁力搅拌器在
25℃
和
500r/min
下搅拌
5min
，使得硅树脂
、
硅烷和环氧树脂完全溶解；然
后，将2‑
3g
黏土
、1
‑
2g
二氧化钛
、1
‑
2g
二氧化硅和
3g
聚四氟乙烯微粉引入上述溶液中，利用磁力搅拌器在
25℃
和
300r/min
下搅拌
30min
；接着，将固化剂加入到悬浮液中，利用磁力搅拌器在
25℃
和
300r/min
下继续搅拌
15min
，得到均匀的含氟
、
硅及纳米颗粒的涂料
。
[0012]S3、
涂装过程：
[0013]采用日本岩田
W
‑
71
型喷枪将涂料均匀的喷涂在马口铁和铜网表面上，其中，喷涂压力为1‑
2bar
，喷涂角度为
40
‑
60
°
，喷涂距离为
10
‑
15cm。
最后，将喷涂好的基体置于烘箱中
120
‑
150℃
固化1‑
2h
，进而获得具有超疏水性的多功能涂层
。
[0014]优选地；所述步骤
S2
中溶剂的体积为
30mL
；
[0015]优选地：所述步骤
S2
中黏土的质量为
2.75g
；
[0016]优选地：所述步骤
S2
中二氧化硅粉末和二氧化钛粉末的质量比为5：
7。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]本方法制备的超疏水涂层，其优点在于直接使用未改性的填料，建立具有多功能性的超疏水涂层体系；并且，喷涂技术成本低，方法简便，可适用于大部分基材；所制备的超疏水涂层在防结冰
、
自清洁
、
油水分离
、
耐腐蚀和机械稳定性方面表现优异，因而具有较好的应用潜力
。
附图说明
[0019]附图1是本专利技术实施例1中超疏水涂层的化学结构分析：
(a)
红外光谱
、(b)X
射线光电子能谱；
[0020]附图2是本专利技术实施例1中超疏水涂层的形貌分析：
(a)
扫描电镜照片
、(b)
激光共聚焦显微镜照片
[0021]附图3是本专利技术实施例1中超疏水涂层的防冰实验；
[0022]附图4是本专利技术实施例1中超疏水涂层的自清洁实验；
[0023]附图5是本专利技术实施例1中超疏水涂层油水分离示意图；
[0024]附图6是本专利技术实施例1中超疏水涂层机械稳定性实验；
[0025]附图7是本专利技术实施例1中超疏水涂层防腐蚀实验：
(a)
不同
pH
溶液浸泡
24h、(b)
盐雾试验
。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例作进一步的详细说明：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
不同基体的喷涂前表面处理：马口铁的表面处理：首先，分别采用
400#
和
2000#
砂纸对马口铁进行打磨和抛光，然后将马口铁在去离子水中超声波清洗
10min
，接着分别用去离子水
、
丙酮和无水乙醇冲洗3次，在
N2流下干燥
。
铜网的表面处理：将
200#
的铜网在丙酮中用超声波清洗
10min
，然后用丙酮和无水乙醇分别冲洗铜网3次，然后采用
N2流将铜网吹干
。S2、
涂料的配制：将
10g
硅树脂
、2g
硅烷和
3g
环氧树脂加入
20
‑
50mL
溶剂中，采用保鲜膜封住烧杯口，利用磁力搅拌器在
25℃
和
500r/min
下搅拌
5min
，使得硅树脂
、
硅烷和环氧树脂完全溶解；然后，将2‑
3g
黏土
、1
‑
2g
二氧化钛
、1
‑
2g
二氧化硅和
3g
聚四氟乙烯微粉引入上述溶液中，利用磁力搅拌器在
25℃
和
300r/min
下搅拌
30min
；接着，将固化剂加入到悬浮液中，利用磁力搅拌器在
25℃
和
300r/min
下继续搅拌
15min
，得到均匀的含氟
、
硅及纳米颗粒的涂料
。S3、
涂装过程：采用日本岩田
W
‑
71
型喷枪将涂料均匀的喷涂在马口铁和铜网表面上，其中，喷涂压力为1‑
2bar
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑再航，高美唤，廖晨晨，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：