[发明专利]超疏水铝材/锌材及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理领域，尤其涉及一种超疏水铝材/锌材及其制备方法和应用。

背景技术

液滴对超疏水表面具有不浸润性，在具有超疏水表面的材料上能够保持球状而且容易滚落，并能在滚落过程中将灰尘等污染物清理出去。由于超疏水表面的自清洁特性，使得其在抗腐蚀材料、材料表面减阻等领域有着潜在的应用价值，因此受到了来自工业界和科研界科研人员的广泛关注。通过研究发现，实现材料表面的超疏水性能需要满足两个条件：1.该表面具有较高的表面粗糙度；2.该表面具有较低的表面自由能。

铝材和锌材在日常生活中都有着广泛的应用，涉及到民用、工业及军用等领域。在应用的过程中铝材和锌材面临着各种各样的环境，比如海水环镜、低温环境等，对其应用的稳定性造成了很大的破坏。若铝材或锌材具有超疏水性，则可以有效的减小铝材和锌材表面的腐蚀，并且可以有效地提高铝材和锌材的抗低温的能力及自清洁的能力。更具体地，超疏水铝材或锌材若应用于舰船表面可以有效减小舰船在水中运行中的阻力和抗海水腐蚀的能力，应用于管道的内壁则可有效的减少水在传输过程的阻力，应用于电线外壁则可有效提高电线的抗低温能力及自清洁能力。因此，超疏水铝材或锌材有很广泛的应用前景。

超疏水铝材或锌材的制备方法往往相对复杂，并且制备过程中通常采用喷砂粗糙法、酸液腐蚀法、碱液腐蚀法及混合液腐蚀法等来获得粗糙的表面，以上各种粗糙处理方法或涉及到水滴在材料表面粘滞的问题，或涉及到化学液处理的问题，不利于具有超疏水表面的铝材或锌材大规模的推广使用。

发明内容

为了解决超疏水铝材/锌材大规模推广过程中遇到的难题，如制备方法复杂、成本高等缺陷，以实现超疏水铝材/锌材在管道表面、舰船表面以及工程器械表面等的大规模应用。

本发明的目的之一在于提供一种超疏水铝材/锌材的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备的超疏水铝材/锌材。

本发明的还有一目的在于提供上述超疏水铝材/锌材在管道外壁、舰船的表面或电线外壁中的应用。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种超疏水铝材/锌材的制备方法，其包括如下步骤：

（1）清洗处理：将铝材/锌材在丙酮及酒精中进行超声清洗，得到待处理件；

（2）表面粗糙处理：将步骤（1）中所得的待处理件置于50～100℃的水中0.5～4h；

（3）低表面能物质修饰处理：将步骤（2）中所得的待处理件作低表面能物质修饰处理。

优选地，所述步骤（3）为：将步骤（2）中所得的待处理件采用化学气相沉积法或浸润法作低表面能物质修饰处理。

更优选地，采用化学气相沉积法的具体步骤为：将步骤（2）中所得的待处理件和低表面能物质不直接接触地置于密闭容器中，并所述密闭容器在80~150℃下保温0.5～3h，其中所述低表面能物质为低沸点含氟硅烷正己烷或甲苯溶液。

更优选地，采用浸润法的具体步骤为：将步骤（2）中所得的待处理件浸泡在浓度为0.001~0.01mol/L的硫醇或脂肪酸的酒精溶液中30min～12h。

进一步地，所述低表面能物质为体积分数为0.1～5%的十七氟癸脂三甲基色氨酸硅烷正己烷溶液。

进一步地，所述硫醇为正十二硫醇或正十八硫醇或全氟癸烷硫醇，所述脂肪酸为月桂酸或肉桂酸或硬脂酸。

优选地，所述步骤（1）中的超声功率为50～100W，超声时间为5～30min。

优选地，所述步骤（2）为：将步骤（1）中所得的待处理件置于80℃的水中2h。

本发明还提供了一种由上述任一项方法制备的超疏水铝材/锌材，所述超疏水铝材具有纳米片状丝叶状的表面结构，所述超疏水锌材具有纳米尺度的紧密粗糙突起的表面结构，水滴在所述铝材/锌材表面的接触角为140°~170°，滚动角小于10°。

本发明还提供上述超疏水铝材/锌材在管道外壁、舰船的表面或电线外壁中的应用。

本发明对铝材/锌材作表面粗糙处理以获得粗糙有序的表面，并对具有粗糙表面的铝材/锌材作低表面能物质修饰处理以降低铝材/锌材表面的表面能，从而使铝材/锌材具有超疏水性，液滴在超疏水铝材/锌材的表面的接触角可提高至170°左右，滚动角可降低至10°以下，其表面具有超疏水的效果。本发明采用的方法工艺简单、重复好、成本低廉。本发明制备出的超疏水铝材/锌材可适用于不同场合，包括管道外壁、舰船的表面或电线外壁等，可有效提高其疏水性、自清洁性与抗冰冻性能，增加其户外使用寿命。

附图说明