一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及涂层领域，具体涉及一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及涂层领域，具体涉及一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法
。

技术介绍

[0002]科学家们进行研究发现，某些动植物的表面，例如蝴蝶的翅膀
、
水渑腿
、
荷叶
、
玫瑰花瓣
、
甘蓝叶
、
水稻叶
、
芋头叶等，它们的表面都形成了一层超疏水结构，尽管超疏水表面的结构和形态差异很大，但大多数生物表面都具有规则的或周期性的微纳米阵列结构
。
这种超润湿的结构提供了在恶劣的自然环境中生存的独特能力，如自洁
、
集水
、
防腐和防冰等
。
[0003]此外，在生物超疏水表面还发现了表面能较低的类蜡层
。
在荷叶表面生长出一系列均匀分布
、
层次分明的微
/
纳米“乳突”结构
。
另一方面，表面能低的蜡层被“乳突”结构表面所覆盖
。
当水滴落在荷叶表面时，大量的气体被锁在水和“乳突”结构之间的空间，使表面不能被水滴润湿
。
此外，由于水滴的表面能较低，轻微的倾斜或振动会使水滴离开表面而不留任何残渣
。
因此，在微观形貌和表面组成方面包含层次粗糙度和低表面能材料这两个因素对于超疏水是必要的
。
因此，两者的共同作用导致了超疏水表面的形成
。
受大自然的启发，许多科学家利用模板打印
、
电纺丝
、
溶胶
‑
凝胶法
、
模板挤压
、
激光等离子体蚀刻
、
电沉积和腐蚀等方法，模仿动植物的特殊表面结构来构建人工超疏水表面
。
[0004]然而，现阶段超疏水涂层的制备还存在着许多问题
。
例如，现在超疏水涂层的主要溶剂为有机溶剂，在长时间暴露在外界环境中，使得涂层容易挥发出有毒有害气体，危害人体健康
。
在国家及社会对于绿色生产的倡导下，涂料的环保安全性还有待提高
。
[0005]近年来，许多科学家致力于探索构建超疏水表面的水性涂层
。
因此，本专利技术采用简便和快速喷涂的方法制备一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层
。
涂料主要由水性成膜树脂
、
聚苯硫醚微粉
、
聚四氟乙烯乳液
、
石墨烯粉末
、
乳化剂和去离子水组成
。
通过喷涂和热处理的方法，成功地在不同基底上构建了微纳米层级的粗糙结构，这与具有超疏水性能的动植物表面相一致
。
采用多种分析测试手段，研究和分析了涂层的综合性能，涂层具有优异的机械性能
、
自清洁能力
、
耐腐蚀能力
、
防冰能力以及油水分离能力，有望在未来的农业机械
、
汽车和国防工业中得到广泛应用
。

技术实现思路

[0006]采用空气喷涂法在基体表面制备一种石墨烯基仿生水性超疏水涂层，目的在于克服传统超疏水表面的挥发性有机化合物问题，选用去离子水作为溶剂
。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S1、
基底的前处理
[0010]金属板的表面预处理：准备
15
×
5cm2金属板，用
2000#
砂纸打磨金属板表面的氧化膜，然后用丙酮和乙醇清洗，再用去离子水超声清洗
5min
，脱脂除油
。
最终用吹风机吹干待用
。
[0011]金属网的表面处理：用丙酮和乙醇清洗
150#
金属网，再用去离子水超声清洗
5min
，脱脂除油
。
最终用吹风机吹干待用
。
[0012]S2、
涂料的制备过程
[0013]将2‑
3g
水性成膜树脂
、2
‑
3g
聚苯硫醚微粉
、2
‑
6g
聚四氟乙烯乳液和
0.5g
乳化剂分别加入到盛有
10
‑
20mL
去离子水溶剂的烧杯中，超声
10min
，搅拌
2h
；然后，加入
0.1
‑
0.3g
石墨烯粉末，继续搅拌分散
0.5h
，得到液体涂料
。
[0014]S3、
涂料的喷涂过程
[0015]本实验的喷涂方法主要为一步喷涂技术，首先用预处理的基底固定好，采用
W
‑
71
上壶式喷枪喷射在基底表面
。
喷涂的气压为
0.2
‑
0.3MPa
，喷枪口的角度在
30
‑
60
°
，喷枪和基底的距离为
10
‑
20cm。
保证混合涂料能够均匀喷涂于基体表面
。
[0016]S4、
涂层的固化过程
[0017]将样品置于室温中表干
0.5h
，样品表干后，将其置于真空箱式气氛炉中，在
350
‑
400℃
条件下固化1‑
2h
，冷却至室温后取出样品，以备进行下一步表征
。
[0018]优选地所述步骤
S2
中水性成膜树脂与聚苯硫醚微粉的质量之比为1：1；
[0019]优选地所述步骤
S2
中聚四氟乙烯乳液的质量为
5g
；
[0020]优选地所述步骤
S2
中去离子水的体积为
10mL
；
[0021]优选地所述步骤
S2
中石墨烯粉末的质量为
0.18g
，平均粒径为5μ
m
，纯度
85
％，层数3‑
10
层；
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本方法制备的超疏水涂层，其优点在于选用去离子水作为溶剂，克服传统超疏水表面的挥发性有机化合物问题；并且，所制备的涂层具有优异的机械性能
、
自清洁能力
、
耐腐蚀能力
、
防冰能力以及油水分离能力，有望在未来的农业机械
、
汽车和国防工业中得到广泛应用
。
附图说明
[0024]附图1是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨烯基水性仿生超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
基底的前处理金属板的表面预处理：准备
15
×
5cm2金属板，用
2000#
砂纸打磨金属板表面的氧化膜，然后用丙酮和乙醇清洗，再用去离子水超声清洗
5min
，脱脂除油
。
最终用吹风机吹干待用
。
金属网的表面处理：用丙酮和乙醇清洗
150#
金属网，再用去离子水超声清洗
5min
，脱脂除油
。
最终用吹风机吹干待用
。S2、
涂料的制备过程将2‑
3g
水性成膜树脂
、2
‑
3g
聚苯硫醚微粉
、2
‑
6g
聚四氟乙烯乳液和
0.5g
乳化剂分别加入到盛有
10
‑
20mL
去离子水溶剂的烧杯中，超声
10min
，搅拌
2h
；然后，加入
0.1
‑
0.3g
石墨烯粉末，继续搅拌分散
0.5h
，得到液体涂料
。S3、
涂料的喷涂过程本实验的喷涂方法主要为一步喷涂技术，首先用预处理的基底固定好，采用
W
‑
71
上壶式喷枪喷射在基底表面
。
喷涂的气压为
0.2
‑
0.3MPa
，喷枪口的角度在
30
‑
60
°
，喷...

【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：