一種透明超疏熱水熱油涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)設(shè)及一種超雙疏表面的制備，尤其設(shè)及一種透明超疏熱水熱油涂層的制備方 法，屬于表面涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 受荷葉自清潔效應(yīng)的啟發(fā)，近年來仿生超疏水、超疏油涂層快速發(fā)展。超雙疏涂層 是指水滴和油滴在其表面接觸角大于150°，滾動(dòng)角低于10°的表面。相對(duì)于超疏水涂層，超 雙疏涂層制備難度較大，運(yùn)主要是由于有機(jī)液體的表面能比水低很多。因此，超雙疏涂層的 構(gòu)筑依賴于對(duì)表面微納結(jié)構(gòu)更精細(xì)的調(diào)控和采用基底表面能的新材料。現(xiàn)有超雙疏涂層的 制備方法普遍存在涂層疏油性、穩(wěn)定性差、制備方法復(fù)雜昂貴等問題（C N 0 010 3 5 7 3、 CN102427083A、CN200810183392、Science 2007， 318， 1618)。
[0003] 為了保證較好的超雙疏性能，需要對(duì)超雙疏涂層的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的調(diào)控且難 度較大，運(yùn)往往會(huì)引起涂層表面光的強(qiáng)烈散射，導(dǎo)致超雙疏涂層的透明性較差。因此，雖然 透明超疏水涂層取得了較快發(fā)展，但是透明超雙疏涂層依然發(fā)展緩慢。2012年，Vollmer等 人首先通過模板法制備了透明超雙疏涂層(Science,2012, 335, 67)，引起了廣泛關(guān)注，但 國(guó)內(nèi)外有關(guān)透明超雙疏涂層的專利極少。專利CN201210306038W炭黑為模板，結(jié)合低表面 能修飾，制備了透明超雙疏涂層;專利CN103555012AW不同尺寸的二氧化娃構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)， 再進(jìn)行低表面能修飾，制備了透明超雙疏涂層;專利CN201310345226和CN201310345228 W 二氧化娃和含氣聚合物制備了透明超雙疏涂層。然而，現(xiàn)有超雙疏涂層普遍存在疏油性差 (只對(duì)表面能大于32.5 mN nfi的有機(jī)液體具有較低的滾動(dòng)角）、透明度低和方法復(fù)雜等問 題。
[0004] 現(xiàn)有超雙疏涂層僅對(duì)室溫下的水和有機(jī)液體具有較高的接觸角和較低的滾動(dòng)角， 但高溫液體極易在表面粘附。運(yùn)主要是由于高溫液體的表面能進(jìn)一步降低，且其蒸汽會(huì)在 超雙疏涂層的微納結(jié)構(gòu)中冷凝，引起固液界面接觸面積增加，從而導(dǎo)致液滴在表面的粘附。 目前，超疏熱水熱油的涂層國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于提供一種透明超疏熱水熱油涂層的制備方法，W解決現(xiàn)有超雙 疏涂層透明性差和疏熱水熱油性能差的問題。
[0006] 本發(fā)明透明超疏熱水熱油涂層的制備，包括W下工藝步驟： (1)有機(jī)硅烷交聯(lián)改性的碳納米管穩(wěn)定懸浮液的制備:將碳納米管超聲分散于醇-水混 混合體系中，依次加入有機(jī)硅烷和催化劑，磁力攬拌下室溫水解縮合反應(yīng)0.5~12 h，形成有 機(jī)硅烷交聯(lián)改性的碳納米管穩(wěn)定懸浮液。
[0007] 醇-水混合體系中，醇與水的體積比為25 :1~4:1。其中醇可W是甲醇、乙醇、乙二 醇、丙醇、異丙醇、甘油中的至少一種。
[0008] 碳納米管采用單壁碳納米管或/和直徑^100 nm的多壁碳納米管，碳納米管在醇- 水混混合體系中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)ο. 02%~ο. 5〇/〇。
[0009] 有機(jī)硅烷為正娃酸乙醋、氨丙基Ξ乙氧基硅烷、甲基Ξ乙氧基硅烷、乙基Ξ乙氧基 硅烷、環(huán)氧丙基二乙氧基硅烷、十六烷基二乙氧基硅烷、丫-縮水甘油酸氧丙基二乙氧基娃 燒、甲氧基硅烷中的至少一種，有機(jī)硅烷在醇-水混混合體系中的體積百分?jǐn)?shù)為0.02%~ 0.5%〇
[0010] 催化劑是氨水、醋酸、甲酸、乙二酸和乙二胺中的一種;催化劑在醇-水混混合體系 中的體積百分?jǐn)?shù)為0.5%~10%。
[0011] (2)涂層制備：W玻璃、娃片、陶瓷或金屬為基底材料，控制噴涂壓力為0.05~0.4 MPa,噴涂距離為8~30 mm，噴槍與樣品呈垂直角度，將步驟（1)所得有機(jī)硅烷交聯(lián)改性的碳 納米管穩(wěn)定懸浮液均勻噴涂于基底材料表面，形成涂層。
[0012] (3)熱氧化去除碳納米管模板:將步驟(2)所得涂層在400~600°C馬弗爐中處理^6 h，去除碳納米管和有機(jī)硅烷的有機(jī)基團(tuán)，制得透明的交聯(lián)納米結(jié)構(gòu)。
[0013] (4)全氣烷基硅烷修飾:將步驟(3)所得交聯(lián)納米結(jié)構(gòu)在全氣烷基硅烷溶液中浸潰 0.5~24 h，得到透明超疏熱水熱油涂層。
[0014] 其中，全氣烷基硅烷溶液中，溶質(zhì)全氣烷基硅烷為全氣癸基Ξ甲氧基硅烷、全氣辛 基Ξ甲氧基硅烷、全氣癸基Ξ乙氧基硅烷、全氣辛基Ξ乙氧基硅烷、全氣癸基Ξ氯硅烷、全 氣辛基Ξ氯硅烷、全氣癸基二甲基氯硅烷、全氣辛基二甲基氯硅烷、全氣癸基二甲基甲氧基 硅烷和全氣辛基二甲基甲氧基硅烷中的至少一種;溶劑為甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇和 丙酬中的至少一種;全氣烷基硅烷溶液的體積百分?jǐn)?shù)為0.01%~1%。
[0015] 本發(fā)明W碳納米管為模板，通過有機(jī)硅烷表面交聯(lián)修飾，實(shí)現(xiàn)碳納米管的高效分 散，在碳納米管表面構(gòu)建殼層并將碳納米管進(jìn)行交聯(lián)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高涂層的穩(wěn)定 性;再通過熱處理去除碳納米管模板及有機(jī)硅烷的官能團(tuán)，形成透明交聯(lián)的微納結(jié)構(gòu);然后 通過液相法采用低濃度全氣烷基硅烷對(duì)涂層進(jìn)行均勻修飾，在賦予其超雙疏性能的同時(shí)保 證其透明性。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制得的涂層對(duì)水和正十六燒的接觸角大于155%滾動(dòng)角小于 5%沸水和80°C正十六燒的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°。涂層在可見光區(qū)的透光率大 于70%。具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、透明性和超疏熱水熱油性，適于各種耐高溫基底材料表面透明 超疏熱水熱油涂層的制備。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明透明超疏熱水熱油涂層的制備和性能作進(jìn)一步說 明。
[0017] 實(shí)施例1 首先將10 mg直徑為10~20皿的多壁碳納米管加入到20血乙醇-水巧：1)反應(yīng)體系中， 超聲分散30 min后依次加入50化四乙氧基硅烷和0.5 mL氨水，在磁力攬拌下室溫水解縮 合反應(yīng)3 h，形成有機(jī)硅烷交聯(lián)改性的碳納米管穩(wěn)定懸浮液;然后控制噴涂壓力0.2MPa、噴 涂距離為20cm，將4mL懸浮液噴涂在玻璃(3X8 cm)表面形成涂層;再在500°C馬弗爐中將涂 層處理3 h，去除碳納米管和有機(jī)硅烷的有機(jī)基團(tuán)，制得透明的交聯(lián)納米結(jié)構(gòu);最后將交聯(lián) 納米結(jié)構(gòu)在含有20化全氣辛基Ξ乙氧基硅烷的40 mL乙醇溶液中浸泡2地，得到透明超疏熱 水熱油涂層。涂層的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。
[001引 實(shí)施例2 首先將50 mg單壁碳納米管加入到100 mL甲醇-水(10:1)反應(yīng)體系中，超聲分散10 min 后依次加入1 mL氨丙基Ξ乙氧基硅烷和2 mL醋酸，在磁力攬拌下室溫水解縮合反應(yīng)6 h，形 成有機(jī)硅烷交聯(lián)改性的碳納米管穩(wěn)定懸浮液