[发明专利]一种自清洁薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自清洁薄膜及其制备方法。

背景技术

具有超疏水性质的涂层(与水的接触角大于150°，且滞后角较小)在生产和生活中都有巨大的应用前景。由于这些薄膜表面和水的较少的接触区域，所以在超疏水表面上就不会发生需有水才能发生的化学反应以及与水形成化学键。相应的像表面对雪和雨水的吸附，表面的氧化以及摩察阻力等各种各样的现象在超疏水表面会相应的减少或杜绝。也就是它们具有大家通常所说的自清洁功能。具有自洁功能的超疏水化门窗、建筑材料和外墙涂料是解决雨雪粘连和灰尘污染的有效途径。

最近，研究人员发明了各种各样的方法来制备超疏水表面，主要方法有模板法、相分离法、结晶法、等离子刻蚀法、溶胶-凝胶法、软刻蚀以及电化学沉积法等等，其主要制备思想是构筑表面的(微纳)微观粗糙结构达到使表面超疏的性质。随着近来超疏水的研究的深入，越来越凸现出通过各种方法调控表面的微观结构得到微纳复合结构的弊端及其致命缺点。尽管具有微纳复合微观结构的薄膜或表面具有大于150°的接触角以及低滞后效应，但是一般这样的薄膜或表面不具备透明性、机械强度极差且容易脱落，上述问题大大制约了超疏水的实际应用的推广。与此同时，随着大家对自清洁现象研究的不断深入，低滞后效应(水滴容易从薄膜表面滑落，不易附着在表面上)的关键性逐渐显现。在接触角没有超过150°的情况下，较低的滞后角也会使小水滴易于从薄膜表面脱离，从而达到了疏水、自清洁的目的。也就是说自清洁薄膜的透明性、机械强度及低滞后性是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自清洁膜及其简单制备方法，克服了以往超疏水涂层的制备方法复杂性，低机械强度以及高能耗以及难于应用于工业化生产等难题，以简单易行的制备方法解决了以上技术难点。

本发明提供的制备自清洁薄膜的方法，是将原料混合物搅拌混合均匀，通过提拉法在各种基底上成膜干燥后，将膜放置在氯硅烷、烷氧基硅烷或氟硅烷溶液中自组装，得到自清洁薄膜。

或者，将原料混合物搅拌混合均匀后，直接加入氟硅烷、烷氧基硅烷或氯硅烷，搅拌均匀后，成膜干燥，得到所述自清洁薄膜。

其中，原料混合物的组成及各成分的重量份数如下：

正硅酸酯    0.01～3份，

无水乙醇    4～9.5份，

氨水        0.01～2份，

水          0～1份。

将混合物混合、搅拌时，搅拌的温度为0-100℃，搅拌时间为0.1-4h。

在以第一种方法进行制备时：基底选自聚乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、聚砜、聚酰亚胺、多氟烃、ABS树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、共聚酯、氯化聚丙烯、硅橡胶、烃橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素及其衍生物、半导体、金属、陶瓷。为了使后继的自组装反应进行得更完全，使最终所得薄膜的性能更优，在干燥成膜后还可将薄膜置于臭氧环境中进行紫外线照射0.1～4h。自组装时，所使用的氯硅烷、烷氧基硅烷或氟硅烷溶液的浓度为0.001-5mol/L，处理时间为0.1-20h。自组装之后的薄膜还可以超声波进行清洗，所得薄膜性能较好。

在以第二种方法进行制备时：直接加入氟硅烷、烷氧基硅烷或氯硅烷时，体系中氟硅烷、烷氧基硅烷或氯硅烷的浓度为0.001-5mol/L。并且，在加入氟硅烷、烷氧基硅烷或氯硅烷后，要搅拌0.1～24h，静置0.1～5h。

在本发明制备方法中，氯硅烷、烷氧基硅烷或氟硅烷的化学式为R1Si(R2)_nX_3-n，其中，

R1为烷基、芳基或氟化基团，R1为烷基时，是直链或支链的C_1-24烃基，优选具有1-18个碳原子的烷基；R1为芳基时，为取代或未取代的、包含五元、六元或十元环系的碳环或杂环基团，它通过一个共价键或1-8个碳原子的直链或支链的烃基与硅原子连接；R1为氟代基团时，是全氟化的烷基或芳基，或者为从基团的末端开始的1-8个碳原子上的氢被氟取代的烷基或苯基；

R2为低级烃基，如1-6个碳原子的直链或支链的烃基；

X为可水解基团，包括卤素如氟或氯，优选氯，或者具有1-6个碳原子的烃氧基，优选1-3个碳原子的直链或支链的烃氧基，如甲氧基、乙氧基、异丙氧基等；

n＝0、1、2，若n为0或1时，X可以表示相同或不同的基团。