[发明专利]一种PDMS单层超疏水柔性薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PDMS单层超疏水柔性薄膜及其制备方法，由PDMS橡胶及其表面粗糙结构组成薄膜，粗糙结构为纳米褶皱或者纳米褶皱与二氧化硅粉末。将PDMS橡胶固化前体与磨砂玻璃贴纸复合，固化后剥离，得到表面不平的PDMS橡胶；然后将PDMS橡胶的不平面经过火烤或者喷涂二氧化硅溶胶，得到PDMS单层超疏水柔性薄膜。本发明基于胶黏剂制备超疏水涂层时对工艺和性能的研究，设计出本身低表面能、固化后柔韧性高的PDMS可分离超疏水柔性薄膜。

技术领域

本发明属于疏水材料技术，具体涉及一种PDMS单层超疏水柔性薄膜及其制备方法。

背景技术

超疏水表面独特的“拒水”性引起了众多研究者的关注，模仿荷叶表面制备出的多种具有防尘、减阻、防腐蚀、抗冰冻等多种功能的超疏水表面材料为上述问题的解决提供了可行的方案。然而，超疏水材料降低表面自由能所需的化学物质多为氟硅烷一类的化合物，具有较强的生物毒害作用，超疏水材料微纳米尺度的粗糙结构过于脆弱且制备工艺复杂，成本高昂，这极大地阻碍了超疏水材料从实验室走向生产应用。对于超疏水的研究此前一直集中在疏水机理和制备方法上，随着研究的日益深入，制备超疏水表面的技术已经逐渐成熟，近年来，学者们开始更加关注超疏水表面的具体应用和特定性能。超疏水表面的制备主要是通过控制表面的微观结构和表面自由能来实现，不同的材料、不同的微观结构可以使超疏水表面具有更多的功能特征。超疏水表面的疏水性和透明度是两个互相矛盾、难以共存的属性，因为良好的疏水性需要足够的粗糙度，粗糙度提升，光线的散射作用越明显，透明度下降越严重。因此，探索新的制备原料，改进制备工艺，降低生产成本，为实现超疏水材料大规模应用铺平道路具有十分重要的意义。

发明内容

透明超疏水表面应用当前面临的最大障碍是膜层的机械强度问题，特别是通过纳米粒子组装形成的粗糙结构与基底附着力差，容易受到外力磨损的破坏而失去疏水性，透明度和耐磨性存在着难以调和的矛盾，提升透明超疏水表面的耐磨性是超疏水领域的巨大挑战。研究制备超疏水可分离柔性薄膜，提升薄膜的疏水性、透明度、稳定性特别是力学强度意义重大，但是目前的制备方法复杂、成本高。本发明基于胶黏剂制备超疏水涂层时对工艺和性能的研究，设计出本身低表面能、固化后柔韧性高的PDMS可分离超疏水柔性薄膜 ，应用范围广。

本发明采用如下技术方案：

一种PDMS单层超疏水柔性薄膜，由PDMS橡胶及其表面粗糙结构组成；所述粗糙结构为纳米褶皱或者纳米褶皱与二氧化硅粉末。

本发明公开了上述PDMS单层超疏水柔性薄膜的制备方法，将PDMS橡胶固化前体与磨砂玻璃贴纸复合，固化后剥离，得到表面不平的PDMS橡胶；然后将PDMS橡胶的不平面经过火烤或者喷涂二氧化硅溶胶，得到PDMS单层超疏水柔性薄膜。

本发明中，固化为室温静置3天或鼓风干燥箱中于100℃下热固1 h，得到薄膜，常规从磨砂玻璃贴纸上揭下即可得到表面不平的PDMS橡胶。

本发明以火焰处理法和溶胶喷涂法制备出两种不同功能特点的薄膜，薄膜具有较好的实用性。具体的，火烤为酒精灯烤，优选火烤的时间为8～15s；以正硅酸四乙酯、氨水、六甲基二硅胺烷为原料，制备二氧化硅溶胶。

优选的，二氧化硅溶胶的喷涂量为4～6mL/150cm²。

本发明中，在PDMS橡胶的不平面喷涂二氧化硅溶胶，干燥后，得到PDMS单层超疏水柔性薄膜。

本发明中，PDMS橡胶固化前体为现有产品，为PDMS橡胶固化前的混合物，粘稠液体，比如制备184 硅橡胶的基本组分与固化剂。本发明利用现有橡胶，创造性的以磨砂玻璃贴纸为模板，然后经过固化得到表面凹凸不平的PDMS橡胶，再火烤或者喷涂二氧化硅溶胶得到PDMS可修复超疏水薄膜，其表面纳米二元粗糙度表面结构具有更高的机械强度，可以有效抵制外力磨损。

本发明公开了PDMS单层超疏水柔性薄膜在制柔性疏水材料中的应用。