一種疏液涂層的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種表面界面材料，尤其是涉及一種疏液的表面涂層。
【背景技術】
[0002]潤濕是液體保持與固體表面接觸的能力，其涉及到液體、固體和氣體三相間的界面關系，當三相界面穩定時所形成的接觸角是潤濕程度的重要量度。當接觸角小于90°時，認為液體在固體表面高度潤濕，當接觸角大于90°時，認為液體在固體表面為低度潤濕，接觸角越大，潤濕性越差。控制固體表面的潤濕性是表面科學研究的主要目標之一。特別是獲得潤濕性極差的疏液表面，具有重要應用前景如:防水防油表面、自清潔表面、減阻表面、選擇性水油分離等。
[0003]自然界存在大量疏液表面，例如荷葉、花瓣、水黽腿等的表面對水的潤濕性極差，研究發現水之所以不能在這些表面潤濕，主要是因為以下兩個方面的原因:
[0004]I)固體表面具有低的表面自由能。例如荷葉表面含有蠟狀物質，該物質較普通生物表面表面能低很多。
[0005]2)固體表面具有特定的微結構，形成粗糙表面。例如荷葉表面有序的分布有直徑5?9 μ m的乳突，并且每個乳突表面分布有尺寸10nm左右的絨毛，這些精細的微結構將液體支撐于結構之上，減少與固體表面的直接接觸面積，從而“阻止”液滴向固體表面進一步浸潤，形成超疏水表面。
[0006]因此，人工疏液表面的制備策略主要為兩方面:一是，降低固體表面能，主要通過對固體表面進行低表面能修飾來實現，例如在固體表面修飾疏水或疏油性基團；二是，制造適當的粗糙表面，主要通過或物理或化學的方法在固體表面制造出各種特定的粗糙表面，例如化學刻蝕、光刻、物理/化學沉積或利用天然粗糙表面等。然而現有的方法往往針對特定材質表面，不具普適性，特別不適用于實現柔性或可拉伸表面的疏水疏油性。
[0007]2008年Jos印h M.Mabry等人報道了一種氟化多面體低聚倍半硅氧烷(F-POSS)材料，該材料具有很低的表面能，并且具有很好的物理、化學穩定性，能夠有效附著在二氧化硅表面。本發明將基于F-POSS和二氧化硅納米顆粒，提供一種疏液涂層，應用噴涂的方法簡單快捷地噴涂到固體表面，特別適用于柔性、可拉伸的固體表面。
【發明內容】
[0008]本發明提供一種降低液體對固體表面潤濕性的涂層及制備方法，實現固體表面的疏水疏油。本發明還特別提供一種適用于柔性、可拉伸表面的疏水疏油涂層。
[0009]本發明的技術方案是:一種疏液涂層:將低表面能的F-POSS材料包裹在二氧化硅納米顆粒表面形成復合材料，此復合材料作為噴涂液的固成份，利用氟硅橡膠或硅橡膠作為固體表面的粘接劑，將所述含復合材料的噴涂液噴涂至將要實施疏液的固體表面。
[0010]所述F-POSS材料是一種氟化多面體低聚倍半硅氧烷，其分子結構簡式可寫為(Rf) sSis012，其中 Rf為-CH 2CH2 (CF2) 7CF3。
[0011]F-POSS材料其制備方法，以全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷為原料、加入Κ0Η,并在乙醇溶液中隔絕空氣攪拌反應12-30小時而成，且每mg KOH對應3-8mmol全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷的量。
[0012]按照下列步驟進行:分別取8-12mmol全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷、10-20mmol去離子水、1.5-2.5mg Κ0Η，置入圓底燒瓶中，并加入無水乙醇至總液量為1mL ;連續通入氮氣保護，使用攪拌，反應18-30小時，得到白色沉淀產物；將得到的產物反復使用乙醇、去離子水清洗，并真空干燥，得到白色F-POSS固體粉末。
[0013]所述噴涂液，將F-POSS溶于AK-225溶液中，并加入直徑為100?150nm 二氧化娃納米顆粒，進行約I小時超聲處理得到；其中F-POSS和二氧化娃納米顆粒的質量比為2:1?1:5，復合材料的質量濃度為0.1%?2%。
[0014]所述疏液涂層，按照如下步驟制備:
[0015]清洗固體表面；所述氟硅橡膠或硅橡膠粘結劑噴涂或旋涂至固體表面，放入恒溫烘箱，對氟硅橡膠或硅橡膠進行短時固化，得到喪失流動性，但未完全固化，表面粘附性很強的粘結層；為將氟硅橡膠或硅橡膠灌封膠固化，氟硅橡膠或硅橡膠灌封膠的前驅體用AK-225溶液稀釋5?10倍得到，可將其噴涂或旋涂到固體表面，并短時加熱(加熱后固體表面溫度不超過50°C )，使氟硅橡膠或硅橡膠固化至較低的固化程度，此時，氟硅橡膠或硅橡膠未完全固化，表面具有很強粘附性。
[0016]所述的噴涂液，使用0.15?0.3_噴孔口徑的噴槍噴涂至固體氟硅橡膠或硅橡膠表面，在噴涂過程中，每噴涂一個來回要等液體蒸發完畢再進行下一個來回的噴涂；或者噴涂的時候，將固體表面加熱至60°C，每兩次噴涂之間稍微停頓，便于溶劑蒸發。視固體表面面積大小控制噴涂時間，噴涂量大約相當于每平方厘米連續噴涂15-30S ;
[0017]將噴涂后的固體表面放入恒溫烘箱中，加熱等待氟硅橡膠或硅橡膠完全固化，可得到疏液的表面。
[0018]可應用于多種材料表面，包括金屬、玻璃、木材、水泥、硬塑料等堅硬的固體表面，制備成疏水疏油表面；或紙張、紡織物、薄膜等柔軟的材料表面，制備成柔性的，即可隨意變形的柔性疏水疏油表面；或可拉伸的橡膠、紡織物表面，制備柔性可拉伸的疏水疏油表面，通過所述方法制備的可拉伸表面，在拉伸100%的情況下依舊能保持穩定的疏水疏油能力。
[0019]本發明的有益效果:所述涂層及制備方法，可應用于多種材料表面，包括金屬、玻璃、木材、水泥、硬塑料等堅硬的固體表面，制備成疏水疏油表面；或紙張、紡織物、薄膜等柔軟的材料表面，制備成柔性的，即可隨意變形的柔性疏水疏油表面；或可拉伸的橡膠、紡織物表面，制備柔性可拉伸的疏水疏油表面，通過所述方法制備的可拉伸表面，在拉伸100%的情況下依丨日能保持穩定的疏水疏油能力。
【附圖說明】
[0020]圖1.所述F-POSS的結構圖；
[0021]圖2.二氧化硅納米顆粒SEM圖；
[0022]圖3.噴涂在玻璃上的涂層SEM圖，圖3中a、b分別表示不同的放大倍率下的照片;
[0023]圖4.噴涂在棉布上的涂層SEM圖，圖4中a、b分別表示不同的放大倍率下的照片;
[0024]圖5.噴涂在PDMS上的涂層SEM圖；圖5中a、b分別表示不同的放大倍率下的照片;
[0025]圖6.噴涂在玻璃上的疏液涂層對橄欖油的接觸角照片；
[0026]圖7.噴涂在棉布上的疏液涂層對橄欖油的接觸角照片；
[0027]圖8.噴涂在PDMS(未拉伸)上的疏液涂層對橄欖油的接觸角照片；
[0028]圖9.噴涂在PDMS (拉伸100 % )上的疏液涂層對橄欖油的接觸角照片。
【具體實施方式】
[0029]參照上述工藝分別合成F-POSS和二氧化硅納米顆粒，得到的二氧化硅納米顆粒直徑為100?150nm，其掃描電鏡圖見附圖2。所述F-POSS材料，是一種氟化多面體低聚倍半硅氧烷，其結構簡式可寫為(Rf)8Si8O12，其中Rf為-CH2CH2 (CF2)7CF3，其結構如附圖1所示。其合成方法按照下列步驟進行:
[0030]I)分別取1mmol全(十七)氟癸基三乙氧基娃燒、15mmol去離子水、2mg Κ0Η，置入圓底燒瓶中，并加入無水乙醇至總液量為1mL ;
[0031]2)通過氣針通入氮氣，并通過另一根氣針出氣，使用磁力攪拌，反應24小時，得到白色沉淀產物；
[0032]3)將得到的產物反復使用乙醇、去離子水清洗，并真空干燥，得到白色F-POSS固體粉末。
[0033]上述步驟中試劑用量按比例使用即可。
[0034]所述二氧化娃納米顆粒，直徑為100?150nm，按照以下步驟合成:
[0035]I)取4mL 28 % NH3.H2O,加入有50mL乙醇的燒瓶中，開始攪拌；
[0036]2)邊攪拌邊逐滴加入原硅酸乙酯4.5mL，室溫下劇烈攪拌2小時，得到二氧化硅納米顆粒分散液；
[0037]3)將得到的溶液使用去離子水、乙醇反復超聲、離心洗滌，并真空干燥，得到白色二氧化硅納米顆粒粉末。
[0038]所述噴涂液，將F-POSS溶于AK-225溶液中，并加入二氧化硅納米顆粒，進行約I小時超聲處理得到。其中F-POSS和二氧化硅納米顆粒的質量比為2:1?1:5，復合材料的質