[发明专利]一种具有微纳复合结构的铝表面超疏水涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超疏水表面的制备领域，具体涉及一种具有微纳复合结构的铝 表面超疏水涂层的制备方法。

背景技术

空调在低温环境下制热，由于外机放置在室外，室外空气中的水分会在冷 凝器的散热片结霜，长时间的冰晶积累成冰，易导致散热片的通风通道堵塞， 冷凝器换热效率降低，影响空调的整个制热效果。

自“荷叶效应”发现以来，超疏水表面因具有优异性能而被广泛研究。研 究表明，超疏水表面除具有优异的自清洁效应外，还具有优异的防雾、防覆冰、 抗腐蚀、减阻等性能。超疏水表面具有很好的防结冰性能，其原理可以归结为 不易结冰和易于除冰。由于超疏水表面具有优异的疏水性，水在涂层表面呈球 状分布，减小了水与固体表面的接触面积，使得水滴与固体间的传热面积减少， 传热速率降低，因此水以液态的形式存在涂层表面被延长，结冰时间延长。其 二是液态的水珠与固体表面附着力小，极小的倾斜角和外力就能让水滴在结冰 之前滚落。超疏水涂层表面的“气垫”还能减少冰与固体的接触面积，降低冰 与表面的附着力，使得结冰更容易去除。

对荷叶表面的结构和化学组成研究发现，构成超疏水表面需具备两个要素， 第一是需要微纳的粗糙结构增加表面粗糙度；第二是需要有低表面能物质降低 表面能。常用于超疏水表面的制备方法有化学刻蚀法、化学沉积法、静电纺丝 法、模板法、溶胶凝胶法、自组装和层层自组装法、等离子处理法等。其中化 学刻蚀法具有操作简单、快捷、试剂廉价、可大面积制备等优点，已被广泛应 用于超疏水表面的制备。

为了获得具有微纳复合粗糙结构的表面，本发明采用两步法对铝片进行处 理。首先采用酸刻蚀剂对铝片进行刻蚀，得到具有微米级结构的表面，然后再 在刻蚀表面浸涂一层纳米粒子，得到具有微纳复合粗糙结构的表面，相比于单 一酸刻蚀的微米级粗糙表面，其超疏水性能更好，防覆冰性能更优异。

发明内容

为了解决空调散热片的结霜结冰问题，本发明提供了一种具有微纳复合结 构的铝表面超疏水涂层的制备方法。由荷叶的结构可知，构造超疏水表面需具 备微纳复合粗糙结构，本发明铝片采用盐酸刻蚀和纳米粒子浸涂相结合的方法 构建微纳复合结构，用低表面能物质处理后，表面能够到达超疏水。此方法操 作简单、试剂廉价、效果好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有微纳复合结构的铝表 面超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)前处理：将铝片清洗后，在100℃烘箱中干燥。

(2)微米级粗糙结构构建：将步骤1处理后的铝片浸入到酸刻蚀剂中进行 刻蚀，刻蚀后的铝片先用蒸馏水冲洗停止反应，再用蒸馏水超声清洗附着在铝 片上的沉积物，得到具有微米级粗糙结构的铝表面。

(3)微纳复合粗糙结构构建：将酸刻蚀后的铝片浸泡于纳米粒子的乙醇溶 液中，纳米粒子的粒径为15nm‐100nm，溶度为0.5wt％‐4wt％，浸泡时间为1‐10min。 浸泡处理后，在300℃以上的马弗炉中反应3‐6h，得到具有微纳复合粗糙结构的 铝表面。

(4)低表面能物质处理：将步骤3处理后的铝片喷涂厚度为0.05‐0.2μm的低 表面能的树脂涂层，所述树脂涂层由氟硅树脂或氟硅改性树脂构成，然后在150℃ 固化3h，即可得到超疏水涂层。

进一步地，所述酸刻蚀剂由盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸、草酸一种或多种 按照任意配比组成；酸刻蚀剂中，氢离子的溶度为1‐4mol/L，酸刻蚀时间为 10min‐16h。

进一步地，所述马弗炉的温度为300‐600℃。

进一步地，纳米粒子可以为纳米ZnO、纳米SiO₂、纳米Fe3O₄等。

进一步地，所述纳米SiO₂粒子的乙醇溶液的溶度为0.5wt％，浸泡时间为 10min，纳米SiO₂粒子的粒径为15nm。

进一步地，所述纳米ZnO粒子的乙醇溶液的溶度为2wt％，浸泡时间为5min。 纳米ZnO粒子的粒径为50nm。

进一步地，所述纳米SiO₂粒子的乙醇溶液的溶度为1wt％，粒径为50nm， 浸泡时间为5min。

本发明的优点有：

1.本发明制备出了具有微纳复合粗糙结构的超疏水铝表面，其既具优异的疏 水性、防雾、防结霜、防结冰性能。