[发明专利]一种超疏水性涂层的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水性涂层的制备方法及其应用。

背景技术

所有应用于外部环境中的制品和设备总是遇到腐蚀和污染的问题。当户外设备的外壳沾上灰尘和雨水时，其外观将受损。如果海上设备的外露金属部分生锈，将会丧失某些功能。若生物化学检测设备的金属检测器或探针被腐蚀，则会降低其精确度。

如果可以用耐腐蚀和自清洁表面来保护这些制品和设备，就可以避免或缓解上述这些情况和危害。例如，像荷叶那样的超疏水薄膜具有高度疏水性的表面并且非常难以润湿，是提高耐腐蚀性和提供自清洁功能的一个有效实例，使得腐蚀介质不能直接接触基质或者污物不能保持停留在基质表面。

工业中广泛使用有机薄膜来保护金属免于腐蚀，但是其温度耐受性不是很可靠，并且老化问题也是不容忽视的。许多无机薄膜也很受关注，因为在高温环境或腐蚀性条件下，其比金属更加抗氧化和抗腐蚀。这些无机薄膜例如TiO₂、ZnO、ZrO₂等经常被用作保护涂层。

具有大于150°的水滴接触角和小于10°的滚动角的超疏水涂层在众多方面都有重要用途，例如自清洁表面、防污材料、耐腐蚀薄膜、微流体器件、以及其它重要工作用途。迄今为止，已经通过各种方法生成了大量的超疏水表面。但是，大多数超疏水薄膜的超疏水性很易受损，并且其复杂的制造技术需要苛刻的条件和特殊的设备，这些都阻碍了其应用。

因此，非常需要通过简单实用的技术来生产持久耐用的超疏水无机涂层。

发明内容

因此，本发明的目的是通过简单实用的方法在金属基材上形成持久耐用的超疏水无机涂层，从而阻止金属基材的腐蚀。

本发明的发明人通过大量研究开发了一种在基材上的超疏水复合材料涂层，其具有大于150°的接触角，特别适用于耐腐蚀用途。本发明提供了一种简单实用的方法，用于在各种基材上制造耐腐蚀的超疏水性复合材料涂层。

本发明通过以下技术方案实现了上述发明目的。

一种超疏水性涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用无机物分散体系在基材上形成无机物涂层；和

(2)用含氟氯硅烷对步骤(1)得到的无机物涂层进行表面修饰，

其中，所述步骤(1)通过喷涂、刷涂、旋涂或浸涂在基材表面涂覆包含无机物颗粒和表面活性剂的无机物分散体系；所述步骤(2)将具有无机物涂层的基材在含氟氯硅烷溶液中浸渍1-24小时，干燥后形成所述超疏水性涂层。

根据本发明提供的超疏水性涂层的制备方法，其中，所述基材可以为任何需要形成所述超疏水性涂层的基材。鉴于本发明的主要目的是解决金属腐蚀的问题，因此，所述基材特别是指金属基材，例如，铁、铜、铝、不锈钢、各种合金等。然而，本发明的超疏水性涂层也可应用于聚合物、陶瓷、玻璃等基底，并不仅限于应用于金属基材。

根据本发明提供的超疏水性涂层的制备方法，其中，用于形成所述无机物涂层的无机物颗粒可以为本领域常用的任何氧化物、氮化物和碳化物中的一种或多种，优选为氧化锌、二氧化钛、氧化锆、二氧化硅、氧化铝、氮化硼和氮化铝中的一种或多种，更优选为二氧化钛、氧化锆、二氧化硅和氧化铝中的两种或两种以上。

上述步骤(1)所述的无机物分散体系可以为通过将含有所述无机物颗粒以及表面活性剂的悬浮液与氯化镍和硫酸镍的水溶液混合而形成的无机物分散体系。其中，所述氯化镍和硫酸镍的水溶液中氯化镍的浓度可以为0.01-2mol/l，硫酸镍的浓度可以为0.01-2mol/l。其中，所述无机物颗粒的粒径可以优选为1nm-100μm，更优选为10nm-50μm。优选情况下，在所述无机物颗粒中，粒径为10nm至小于1μm的颗粒的含量为10-80重量%，粒径为1μm-50μm的颗粒的含量为20-90重量%。

优选情况下，由步骤(1)制得的无机物涂层具有分级微纳结构。所述分级微纳结构是指在微米级的表面粗糙结构上带有纳米级的结构。所述表面活性剂可以为本领域常用的中性表面活性剂、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种或多种。

优选地，所述无机物颗粒在所述无机物分散体系中的含量可以优选为0.1-1000g/l，更优选为1-200g/l。所述表面活性剂在所述无机物分散体系中的含量可以优选为0.001-100g/l，更优选为0.05-10g/l。