一種超疏水材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超疏水材料，它包括基底和涂層，其中，所述涂層包括以下重量份數(shù)的組分：樹脂10份～30份、納米顆粒2份～16份；所述的納米顆粒中，粒徑為10納米～100納米的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～48％。本發(fā)明通過將10納米～50納米的納米顆粒在無機納米顆粒中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在特定的范圍內(nèi)，所制備的超疏水材料，在經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后，仍然能夠?qū)⒔佑|角保持在150°以上，具有超高的疏水性以及保持能力；同時，本發(fā)明的超疏水材料，還能夠?qū)⑺卧诒砻娼Y(jié)冰的時間延長保持在190s以上，將冰塊在表面的剪切強度保持在210kPa以下，具有良好的防冰、疏冰效果。
【專利說明】
一種超疏水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種超疏水材料及其制備方法，具體涉及一種經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán) 后仍能將接觸角保持在150°以上的超疏水材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水、冰在飛機表面的附著和積聚，將會改變機身的重量以及機翼上的氣流，減小升 力并增大阻力，對飛機的飛行安全造成極大的危害；因此，通常需要采用疏水性高的材料來 制造飛機的機身和機翼，盡量防止水、冰在其表面的附著和積累，從而能夠更好地保障飛行 安全。
[0003 ]材料疏水性的高低，通常用材料表面與水滴的接觸角大小來進行評價，接觸角越 大，表明材料的疏水性越高;特別是，當(dāng)接觸角大于150°時，則表明材料具有超高的疏水性， 能夠更有效地防止水、冰在其表面的附著和積累，而該材料也被稱為超疏水材料。
[0004] 如：中國專利CN 101704410 A公開的一種由基底和修飾膜（即涂層)組成的材料， 它通過在基底上設(shè)置豎直柱狀陣列結(jié)構(gòu)并采用10~50納米顆粒形成修飾膜，使得所制備的 材料表面與水的接觸角能夠大于150°，具有超高的疏水性，屬于超疏水材料的范疇。
[0005] 然而，本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，上述超疏水材料與水的接觸角，雖然初始的時候能夠大于 150°，但經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后，其接觸角很快就會小于150°，如:經(jīng)過20次結(jié)冰除冰循 環(huán)后，其接觸角就減小到了 128°，此時材料的疏水性明顯變劣，這意味著，材料防止水、冰在 其表面附著和積累的能力明顯變差。
[0006] 為了克服現(xiàn)有超疏水材料經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后其疏水性明顯變劣的缺陷，本 領(lǐng)域亟需發(fā)明一種經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后仍能保持超高疏水性的超疏水材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后仍能保持超高疏水性的超 疏水材料。
[0008] 本發(fā)明提供的一種超疏水材料，它包括基底和涂層，其中，所述涂層包括以下重量 份數(shù)的組分:樹脂1 〇份~30份、納米顆粒2份~16份;所述的納米顆粒中，粒徑為10納米~ 100納米的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %~48 %。
[0009] 進一步的，所述涂層是由以下重量份數(shù)的組分組成:樹脂10份~30份、納米顆粒2 份~16份;所述的納米顆粒中，粒徑為10納米~100納米的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~48%。
[0010] 本發(fā)明通過常見的等離子體、光蝕等技術(shù)，可以方便地在基底的表面設(shè)置凹坑，以 及凹坑的橫截面形狀，既可以方便地設(shè)置成不規(guī)整形狀，也可以方便地設(shè)置成六邊形、長方 形、三角形、圓形、橢圓形等規(guī)整形狀，同時還可以方便地調(diào)整凹坑的截面積、深度以及凹坑 之間的寬度。
[0011] 進一步的，所述基底的表面設(shè)置有凹坑，凹坑的截面積為200平方微米~6000平方 微米凹坑的深度為2微米~20微米，凹坑之間的寬度為3微米~20微米。
[0012] 進一步的，所述基底為金屬材料、合金材料、塑料、橡膠或無機陶瓷材料;優(yōu)選的， 所述基底為金屬材料或合金材料。
[0013] 進一步的，所述涂層的平均厚度為大于等于0.5微米;優(yōu)選的，所述涂層的平均厚 度為0.8微米~500微米。
[0014] 進一步的，所述的樹脂選自有機硅樹脂或氟碳樹脂;其中，所述的有機硅樹脂選自 乙烯基封端的二甲基硅氧烷、聚苯基甲基硅氧烷或聚三氟丙基甲基硅氧烷中的任意一種或 兩種以上;所述的氟碳樹脂選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、六氟丙烯中 的任意一種或兩種以上；
[0015] 優(yōu)選的，
[0016]所述的有機硅樹脂中，乙烯基封端的二甲基硅氧烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~50% ;所 述的氟碳樹脂中，聚偏氟乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~50%。
[0017] 進一步的，所述的納米顆粒選自活性炭納米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、二氧化鋪納 米顆粒、二氧化硅納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、聚四氟乙烯納米顆粒中的任意一種或兩種以 上;所述粒徑為10納米~100納米的納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~48%。
[0018] 進一步的，所述的納米顆粒是由以下重量份數(shù)的組分組成：
[0019] 10納米~50納米的活性炭納米顆粒35份、300納米~400納米的活性炭納米顆粒40 份和100納米~300納米的二氧化鋪納米顆粒25份；
[0020]或者，
[0021 ] 10納米~50納米的二氧化鈦納米顆粒40份、200納米~300納米的二氧化鈦納米顆 粒40份和100納米~300納米的活性炭納米顆粒20份；
[0022]或者，
[0023] 50納米~100納米的二氧化娃納米顆粒35份、400納米~500納米的二氧化娃納米 顆粒35份和100納米~300納米的二氧化鈦納米顆粒30份；
[0024] 或者，
[0025] 10納米~50納米的活性炭納米顆粒32份、300納米~400納米的活性炭納米顆粒32 份和100納米~200納米的二氧化鈦納米顆粒36份；
[0026] 或者，
[0027] 10納米~50納米的二氧化鈦納米顆粒48份和250納米~350納米的活性炭納米顆 粒52份。
[0028] 本發(fā)明中，"a納米~b納米"表示粒徑大于a納米而小于等于b納米，例如，"50納米 ~100納米"是指粒徑大于50納米而小于等于100納米。
[0029] 本發(fā)明還提供了一種制備上述超疏水材料的方法，包括以下步驟：
[0030] ①、采用等離子體技術(shù)或光蝕技術(shù)，在基底的表面設(shè)置凹坑；
[0031] ②、采用浸漬方法、電噴方法或噴涂方法，在表面有凹坑的基底上形成涂層，即得 超疏水材料。
[0032]進一步的，步驟①中，所述等離子體技術(shù)的條件為:工作氣體選自氬氣、四氟化碳 中的任意一種或兩種，工作溫度為20°C~30°C，反應(yīng)壓力為55Pa~65Pa，射頻功率為280W~ 6001
[0033]本發(fā)明通過將10納米~50納米的納米顆粒在無機納米顆粒中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 特定的范圍內(nèi)，所制備的超疏水材料，在經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后，仍然能夠?qū)⒔佑|角保持 在150°以上，具有超高的疏水性以及保持能力；同時，本發(fā)明的超疏水材料，還能夠?qū)⑺?在表面結(jié)冰的時間延長保持在190s以上，將冰塊在表面的剪切強度保持在21 OkPa以下，具 有良好的防冰、疏冰效果；而且，制備方法簡便，能耗低，生產(chǎn)效率高，成本低，經(jīng)濟價值明 顯，具有十分良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
[0034] 顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離 本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。
[0035] 以下通過實施例形式的【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細(xì)說 明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容 所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實施例1中蜂窩狀的中空封閉疏水結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037] 圖2為本發(fā)明實施例1中蜂窩狀的中空封閉疏水結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。
[0038] 圖3為本發(fā)明實施例2所制備的超疏水表面的剖面圖。
[0039] 圖4為本發(fā)明實施例3中長方形的中空疏水結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0040] 圖5為本發(fā)明實施例3中長方形的中空疏水結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。
[0041] 圖6為本發(fā)明實施例4中三角形的中空疏水結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。
[0042] 圖7為本發(fā)明實施例5中梯形的中空疏水結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0043]本發(fā)明【具體實施方式】中使用的原料、設(shè)備均為已知產(chǎn)品，通過購買市售產(chǎn)品獲得。 [0044] 有機硅樹脂：乙烯基封端的二甲基硅氧烷(CAS No.68083-19-2)、聚苯基甲基硅氧 烷(CAS No.9005-12-3)、聚三氟丙基甲基硅氧烷(CAS No.63148-56-1);
[0045] 氟碳樹脂：聚偏氟乙烯（CAS No.24937-79-9)、聚四氟乙烯（CAS No.9002-84-0)、 全氟甲基乙烯基醚(CAS No. 1187-93-5)、六氟丙烯(CAS No. 116-15-4)。
[0046] 實施例1
[0047] 超疏水表面I，以金屬鋁合金為基底，利用360目砂紙對其進行打磨至少5次，再將 其置于超聲波水浴進行清洗。其后，利用〇.〇5mol/L的硝酸對其表面進行清洗。完成上述操 作后，以氬氣為等離子體，在20°C下，反應(yīng)壓力65Pa，射頻功率280W下，對鋁片表面進行處 理，制備具有蜂窩狀的中空封閉疏水結(jié)構(gòu)(示意圖見圖1，掃描電鏡圖見圖2)，結(jié)果顯示，該 凹坑的橫截面為六邊形，六邊形的邊長VI = 20.93微米，凹坑之間的寬度H1 = 8.374微米、H2 =6.420微米。然后將該金屬鋁片以0.05mm/s的速度垂直將該鋁片浸入含納米顆粒的疏水 疏冰涂層溶液中，直至鋁片完全浸入溶液中。待鋁片完全浸入溶液后，應(yīng)將其全浸在溶液中 至少5分鐘。整個浸漬過程，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在70°C-9(TC，同時，應(yīng)利用電動攪拌機維持溶 液始終處于懸濁液狀態(tài)。重復(fù)上述浸漬過程至少3次，以保證含納米顆粒的疏水疏冰涂層均 勻涂覆在基底表面(注:浸漬法是化學(xué)化工中常使用的一種向固體表面進行涂層的方法）， 平均厚度為1微米。該疏水疏冰涂層由有機硅樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，有 機硅樹脂是由乙烯基封端的二甲基硅氧烷、聚苯基甲基硅氧烷及聚三氟丙基甲基硅氧烷按 質(zhì)量比1:1:1組成的混合物，納米顆粒是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的顆粒大小為10-50納米的活性 炭顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %的顆粒大小為300-400納米的活性炭顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的顆粒 大小為100-300納米的二氧化鈰顆粒組成，有機溶劑為甲苯。其中，該涂層有機硅樹脂為18 重量份，納米顆粒為14重量份，有機溶劑為68重量份。完成上述操作后，將涂覆有疏水疏冰 涂層的超疏水表面置于烘箱中，在120°C烘箱中烘干2.5小時。
[0048] 為進行比較，制備了超疏水表面Π :該表面同樣以金屬鋁合金為基底，同樣利用上 述等離子技術(shù)在其表面制備具有蜂窩狀的中空封閉疏水結(jié)構(gòu)。然后將利用上述浸漬法將含 納米顆粒的疏水疏冰涂層涂覆在基底表面。該疏水疏冰涂層由有機硅樹脂、納米顆粒及有 機洛劑混合而成。其中，有機娃樹脂是由乙烯基封端的^甲基硅氧烷、聚苯基甲基硅氧烷及 聚三氟丙基甲基硅氧烷按質(zhì)量比1:1:1組成的混合物，納米顆粒為顆粒大小為10-50納米的 二氧化鈰顆粒，有機溶劑為甲苯。其中，該涂層有機硅樹脂為16重量份，納米顆粒為12重量 份，有機溶劑為72重量份。完成上述操作后，將涂覆有疏水疏冰涂層的超疏水表面置于烘箱 中，在120°C烘箱中烘干2.5小時。
[0049] 為進行比較，制備了超疏水表面ΙΠ :該表面以金屬鋁合金為基底，根據(jù)中國專利 CN101704410A "一種用于飛機防冰除冰的納米超疏水表面的制備方法"所述在其表面制備 柱狀疏水結(jié)構(gòu)。然后將利用上述浸漬法將含納米顆粒的疏水疏冰涂層涂覆在基底表面，該 疏水疏冰涂層由有機娃樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，有機娃樹脂是由乙烯基 封端的二甲基硅氧烷、聚苯基甲基硅氧烷及聚三氟丙基甲基硅氧烷按質(zhì)量比1:1:1組成的 混合物，納米顆粒為顆粒大小為10-50納米的二氧化鈦顆粒，有機溶劑為甲苯。其中，該涂層 有機娃樹脂為16重量份，納米顆粒為16重量份，有機溶劑為68重量份。完成上述操作后，將 涂覆有疏水疏冰涂層的超疏水表面置于烘箱中，在120°C烘箱中烘干2.5小時。
[0050] 上述三種超疏水表面的性能測試結(jié)果，見表1。
[0051 ]表1、實施例1中三種不同超疏水表面的性能測試結(jié)果
[0053] 其中，
[0054] 固體表面接觸角及接觸角滯后可利用接觸角測量儀進行測量。
[0055] 水滴在表面結(jié)冰時間的測定按如下方法進行:將0.05mL液滴置于超疏水表面，然 后將其移置_l〇°C環(huán)境箱中，開始計時并進行實時觀測，水滴完全結(jié)冰所需的時間即為水滴 在-10°C環(huán)境中，在表面結(jié)冰的延長時間。
[0056] 冰塊在表面的剪切強度測試依據(jù)論文"Ice adhesion on super-hydrophobic surface" S·A.Kulinich，Μ·Farzaneh,ΑρρΙ·Surf·Sci·2009，255:8153-8157或〃Highly resistant icephobic coatings on aluminum alloys^R.Menini,Z.Ghalmi,M.Farzaneh, Cold Regions Science and Technology, ,2011,65(1) :65-69所描述的方法進行。
[0057] -次結(jié)冰除冰循環(huán)是指0.05mL液滴在超疏水表面完全結(jié)冰后，利用離心機在高速 轉(zhuǎn)動的條件下，將其從表面移除，再將鋁片置于30°C恒溫箱中，除去表面殘留的水分。
[0058] 說明：
[0059] (1)水滴在表面的接觸角越大，說明表面的疏水性能越好：當(dāng)接觸角大于150°時， 為超疏水表面，液滴不易在表面粘附，輕輕對其擾動就可使其從表面脫離；
[0060] (2)水滴在表面結(jié)冰時間延長的數(shù)值越大，表明防冰效果越好；
[0061 ] (3)冰塊在表面的剪切強度數(shù)值越小，表明結(jié)冰越容易除去，即疏冰效果好；
[0062] (4)多次結(jié)冰除冰循環(huán)后，水滴在表面的接觸角減小越小越好，在表面結(jié)冰時間延 長的數(shù)值損失越小越好，冰塊在表面的剪切強度數(shù)值增加的越小越好，表明其抗磨性能好。 [0063] 上述結(jié)果表明，本發(fā)明通過將10納米~50納米的納米顆粒在無機納米顆粒中的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)控制在35%，所制備的超疏水材料，在經(jīng)過20次、50次結(jié)冰除冰循環(huán)后，仍然能夠?qū)?接觸角保持在150°以上，具有超高的疏水性以及保持能力；同時，還能夠?qū)⑺卧诒砻娼Y(jié)冰 的時間延長保持在190 s以上，將冰塊在表面的剪切強度保持在21 OkPa以下，具有良好的防 冰、疏冰效果。
[0064] 實施例2
[0065]以金屬鋁合金為基底，利用360目砂紙對其進行打磨至少5次，再將其置于超聲波 水浴進行清洗。其后，利用〇.〇5mol/L的硝酸對其表面進行清洗。完成上述操作后，以75%的 氬氣及25 %的CF4為工作氣體，在30 °C下，反應(yīng)壓力55Pa，射頻功率600W下，對鋁片表面進行 處理，制備具有蜂窩狀的中空封閉疏水結(jié)構(gòu)。然后將該金屬鋁片以0.05mm/s的速度垂直將 該錯片浸入含納米顆粒的疏水疏冰涂層洛液中，直至錯片完全浸入洛液中。待錯片完全浸 入溶液后，應(yīng)將其全浸在溶液中至少5分鐘。整個浸漬過程，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在70°C_90°C， 同時，應(yīng)利用電動攪拌機維持溶液始終處于懸濁液狀態(tài)。重復(fù)上述浸漬過程至少3次，以保 證含納米顆粒的疏水疏冰涂層均勻涂覆在基底表面，平均厚度1微米。
[0066] 該疏水疏冰涂層由有機硅樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，有機硅樹脂 是由乙烯基封端的二甲基硅氧烷與聚三氟丙基甲基硅氧烷按質(zhì)量比1:1組成的混合物，納 米顆粒為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的顆粒大小為10-50納米的二氧化鈦納米顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40% 的顆粒大小為200-300納米的二氧化鈦納米顆粒及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的顆粒大小為100-300 納米的活性炭顆粒組成，有機溶劑為甲苯。其中，該涂層有機硅樹脂為15重量份，納米顆粒 含量為10重量份，有機溶劑為75重量份。完成上述操作后，將涂覆有疏水疏冰涂層的超疏水 表面置于烘箱中，在120°C烘箱中烘干3小時。完成制備后，該表面的剖面圖如圖3所示;性能 測試結(jié)果，見表2。
[0067] 實施例3
[0068]以金屬鋁合金為基底，以氬氣為工作氣體，在20°C下，反應(yīng)壓力65Pa，射頻功率 300W下，對鋁片表面進行處理，制備呈長方形的中空疏水結(jié)構(gòu)(示意圖見圖4,掃描電鏡圖見 圖5)，該凹坑的橫截面為長方形，長方形的長V3 = 31.82微米、寬Hl = 16.47微米，凹坑之間 的寬度￥1 = 8.932微米、￥2 = 5.862微米。然后將該金屬鋁片以0.05111111/8的速度垂直將該鋁 片浸入含納米顆粒的疏水疏冰涂層溶液中，直至鋁片完全浸入溶液中。待鋁片完全浸入溶 液后，應(yīng)將其全浸在溶液中至少5分鐘。整個浸漬過程，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在65°C-95°C，同時， 應(yīng)利用電動攪拌機維持溶液始終處于懸濁液狀態(tài)。重復(fù)上述浸漬過程至少3次，以保證含納 米顆粒的疏水疏冰涂層均勻涂覆在鋁片表面，平均厚度1微米。
[0069]該疏水疏冰涂層由氟碳樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，氟碳樹脂是由 聚偏氟乙烯與六氟丙烯按質(zhì)量比1:1組成的混合物，納米顆粒為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的顆粒大 小為50-100納米的二氧化硅納米顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的顆粒大小為400-500納米的二氧 化硅納米顆粒及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的顆粒大小為100-300納米的二氧化鈦顆粒組成，有機溶 劑為石油醚。其中，該涂層有機硅樹脂為12重量份，納米顆粒含量為10重量份，有機溶劑為 78重量份。完成上述操作后，將涂覆有疏水疏冰涂層的超疏水表面置于烘箱中，在90°C烘箱 中烘干3.5小時;其超疏水表面的性能測試結(jié)果，見表2。
[0070] 實施例4
[0071]以金屬鋁合金為基底，以60 %的氬氣及40 %的CF4為工作氣體，在25 °C下，反應(yīng)壓 力60Pa，射頻功率600W下，對鋁片表面進行處理，制備呈三角形的中空疏水結(jié)構(gòu)（掃描電鏡 圖見圖6 )，該凹坑的橫截面為三角形，三角形的邊長VI = 49.76微米，凹坑之間的寬度H1 = 8.613微米、!12 = 5.742微米。然后將該金屬鋁片以0.05111111/8的速度垂直將該鋁片浸入含納 米顆粒的疏水疏冰涂層洛液中，直至錯片完全浸入洛液中。待錯片完全浸入洛液后，應(yīng)將其 全浸在溶液中至少5分鐘。整個浸漬過程，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在70°C_90°C，同時，應(yīng)利用電動 攪拌機維持溶液始終處于懸濁液狀態(tài)。重復(fù)上述浸漬過程至少3次，以保證含納米顆粒的疏 水疏冰涂層均勻涂覆在基底表面，平均厚度1微米。
[0072]該疏水疏冰涂層由氟碳樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，氟碳樹脂是由 聚偏氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、六氟丙烯按質(zhì)量比1:1:1組成的混合物，納米顆粒為質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為32%的顆粒大小為10-50納米的活性炭納米顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%的顆粒大小為 300-400納米的活性炭納米顆粒及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的顆粒大小為100-200納米的二氧化鈦 顆粒組成，有機溶劑為石油醚。其中，該涂層有機硅樹脂為12重量份，納米顆粒含量為8重量 份，有機溶劑為80重量份。完成上述操作后，將涂覆有疏水疏冰涂層的超疏水表面置于烘箱 中，在85°C烘箱中烘干4小時;其超疏水表面的性能測試結(jié)果，見表2。
[0073] 實施例5
[0074]以金屬鋁合金為基底，利用360目砂紙對其進行打磨至少5次，再將其置于超聲波 水浴進行清洗。其后，利用〇.〇5mol/L的硝酸對其表面進行清洗。完成上述操作后，以氬氣為 等離子體，在20°C下，反應(yīng)壓力65Pa，射頻功率280W下，對鋁片表面進行處理，制備呈梯形的 中空疏水結(jié)構(gòu)(掃描電鏡圖見圖7 )，該凹坑的橫截面為梯形，梯形的底長VI = 24.22微米、V2 =15.14微米，高H1 = 25.88微米，凹坑之間的寬度H2 = 6.331微米、H3 = 8.534微米。然后將 該金屬鋁片以0.05mm/s的速度垂直將該鋁片浸入含納米顆粒的疏水疏冰涂層溶液中，直至 鋁片完全浸入溶液中。待鋁片完全浸入溶液后，應(yīng)將其全浸在溶液中至少5分鐘。整個浸漬 過程，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在70°C-9(TC，同時，應(yīng)利用電動攪拌機維持溶液始終處于懸濁液狀 態(tài)。重復(fù)上述浸漬過程至少3次，以保證含納米顆粒的疏水疏冰涂層均勻涂覆在基底表面， 平均厚度1微米。
[0075]該疏水疏冰涂層溶液由有機硅樹脂、納米顆粒及有機溶劑混合而成。其中，有機硅 樹脂是由乙烯基封端的二甲基硅氧烷與聚苯基甲基硅氧烷按質(zhì)量比1:1組成的混合物，納 米顆粒為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48 %的顆粒大小為10-50納米的二氧化鈦納米顆粒及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52 % 的顆粒大小為250-350納米的活性炭顆粒組成，有機溶劑為石油醚。其中，該涂層有機硅樹 脂為13重量份，納米顆粒含量為11重量份，有機溶劑為76重量份。完成上述操作后，將涂覆 有疏水疏冰涂層的超疏水表面置于烘箱中，在l〇〇°C烘箱中烘干2.5小時;其超疏水表面的 性能測試結(jié)果，見表2。
[0076] 表2、本發(fā)明實施例2~5超疏水表面的性能測試結(jié)果
[0077]
[0078] 綜上所述，本發(fā)明通過將10納米~50納米的納米顆粒在無機納米顆粒中的質(zhì)量分 數(shù)控制在特定的范圍內(nèi)，所制備的超疏水材料，在經(jīng)過多次結(jié)冰除冰循環(huán)后，仍然能夠?qū)⒔?觸角保持在150°以上，具有超高的疏水性以及保持能力；同時，還能夠?qū)⑺卧诒砻娼Y(jié)冰的 時間延長保持在190s以上，將冰塊在表面的剪切強度保持在210kPa以下，具有良好的防冰、 疏冰效果;而且，本發(fā)明超疏水材料的制備方法簡便，能耗低，生產(chǎn)效率高，成本低，經(jīng)濟價 值明顯，具有十分良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
【主權(quán)項】
1. 一種超疏水材料，其特征在于：它包括基底和涂層，其中，所述涂層包括以下重量份 數(shù)的組分:樹脂10份~30份、納米顆粒2份~16份;所述的納米顆粒中，粒徑為10納米~100 納米的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %~48 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水材料，其特征在于:所述涂層是由以下重量份數(shù)的組分 組成:樹脂10份~30份、納米顆粒2份~16份;所述的納米顆粒中，粒徑為10納米~100納米 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~48%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超疏水材料，其特征在于:所述基底的表面設(shè)置有凹坑，凹 坑的截面積為200平方微米~6000平方微米，凹坑的深度為2微米~20微米，凹坑之間的寬 度為3微米~20微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超疏水材料，其特征在于：所述基底為金屬材料、合金材 料、塑料、橡膠或無機陶瓷材料;優(yōu)選的，所述基底為金屬材料或合金材料。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超疏水材料，其特征在于:所述涂層的平均厚度為大于等 于0.5微米;優(yōu)選的，所述涂層的平均厚度為0.8微米~500微米。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超疏水材料，其特征在于:所述的樹脂選自有機硅樹脂或 氣碳樹脂;其中，所述的有機娃樹脂選自乙烯基封端的二甲基硅氧烷、聚苯基甲基硅氧烷或 聚三氟丙基甲基硅氧烷中的任意一種或兩種以上;所述的氟碳樹脂選自聚偏氟乙烯、聚四 氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、六氟丙烯中的任意一種或兩種以上； 優(yōu)選的， 所述的有機娃樹脂中，乙烯基封端的^?甲基硅氧烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~50% ;所述的 氟碳樹脂中，聚偏氟乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~50%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超疏水材料，其特征在于:所述的納米顆粒選自活性炭納 米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、二氧化鈰納米顆粒、二氧化硅納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、聚四 氟乙稀納米顆粒中的任意一種或兩種以上;所述粒徑為10納米~100納米的納米顆粒的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為30 %~48 %。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超疏水材料，其特征在于:所述的納米顆粒是由以下重量份數(shù) 的組分組成： 10納米~50納米的活性炭納米顆粒35份、300納米~400納米的活性炭納米顆粒40份和 100納米~300納米的二氧化鋪納米顆粒25份； 或者， 10納米~50納米的二氧化鈦納米顆粒40份、200納米~300納米的二氧化鈦納米顆粒40 份和100納米~300納米的活性炭納米顆粒20份； 或者， 50納米~100納米的二氧化娃納米顆粒35份、400納米~500納米的二氧化娃納米顆粒 35份和100納米~300納米的二氧化鈦納米顆粒30份； 或者， 10納米~50納米的活性炭納米顆粒32份、300納米~400納米的活性炭納米顆粒32份和 100納米~200納米的二氧化鈦納米顆粒36份； 或者， 10納米~50納米的二氧化鈦納米顆粒48份和250納米~350納米的活性炭納米顆粒52 份。9. 一種制備權(quán)利要求1~8任意一項所述超疏水材料的方法，其特征在于:包括以下步 驟： ① 、采用等離子體技術(shù)或光蝕技術(shù)，在基底的表面設(shè)置凹坑； ② 、采用浸漬方法、電噴方法或噴涂方法，在表面有凹坑的基底上形成涂層，即得超疏 水材料。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:步驟①中，所述等離子體技術(shù)的條件為： 工作氣體選自氬氣、四氟化碳中的任意一種或兩種，工作溫度為20°C~30°C，反應(yīng)壓力為 55Pa~65Pa，射頻功率為280W~600W。
【文檔編號】C09D7/12GK105969174SQ201610579632
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月21日
【發(fā)明人】陳凱, 王強, 夏祖西
【申請人】中國民用航空總局第二研究所