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基本信息

項(xiàng)目名稱：
玻璃表面超疏水涂層的制備
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
以玻璃微珠為主體構(gòu)造涂層表面的粗糙結(jié)構(gòu)，以硫酸作催化劑，應(yīng)用D4開(kāi)環(huán)后原位接枝在玻璃微珠的表面原位形成疏水層，達(dá)到超疏水的目的。將原位聚合改性的溶液噴涂到洗凈的玻璃片上，自然干燥后，放入烘箱中烘干，形成涂層。經(jīng)測(cè)試涂層接觸角達(dá)到155°以上，滾動(dòng)角小于1°。
詳細(xì)介紹：
超疏水涂料是一種具有特殊性能的新型涂料，擁有超疏水性能的表面，水滴在它上面幾乎不沾。此外，這種涂料還可以防腐，防冰，防霧。在現(xiàn)有的管道運(yùn)輸中存在著運(yùn)輸?shù)恼硿?，極大地降低了運(yùn)輸效率，增加了運(yùn)輸?shù)哪茉春馁M(fèi)量，如果使用具有超疏水表面的管道進(jìn)行運(yùn)輸，將極大地提高運(yùn)輸效率并且可以節(jié)約能源。目前國(guó)內(nèi)外研究超疏水的報(bào)道越來(lái)越多，制備超疏水涂層的方法也越來(lái)越多，國(guó)外已有公司研發(fā)出超疏水涂料在市場(chǎng)上銷售。然而，國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類產(chǎn)品的生產(chǎn)商。目前研究表明，通過(guò)控制固體表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及表面物質(zhì)的本征表面能，可以使其獲得超疏水性能。本課題組以玻璃微珠作為涂層的微-納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的主體；以硫酸做催化劑，利用D4（八甲基環(huán)四硅氧烷）在玻璃微珠表面開(kāi)環(huán)原位聚合形成疏水的甲基硅氧鏈，降低玻璃微珠的表面能。調(diào)節(jié)玻璃微珠在涂料配方中的含量，所制得的涂層相應(yīng)具有不同的接觸角值。優(yōu)化玻璃微珠在配方中的含量，使得涂層表面擁有比較理想的粗糙度，接觸角為155.7°，滾動(dòng)角小于1°，涂層表面達(dá)到超疏水。而且，我們可以將配好的涂料，直接倒入噴涂機(jī)中進(jìn)行噴涂。這種方法簡(jiǎn)單而高效。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明目的：超疏水是一種特殊的性質(zhì)，擁有超疏水性能的表面，水滴在其上幾乎不沾。制備一種這樣的涂層不僅可以防水，防腐，而且可以防冰，防霧。值得注意的是，超疏水涂料是一種新型涂料，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)商較少，涂料的品種也較為單一。本發(fā)明有望應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活中，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)涂料市場(chǎng)的空白。 本課題的設(shè)計(jì)基于仿生制備超疏水涂層的兩個(gè)基本思路：一是在粗糙表面用低表面能物質(zhì)修飾；二是在低表面能物質(zhì)上構(gòu)筑粗糙表面。通過(guò)玻璃微珠構(gòu)筑粗糙表面的微米級(jí)粗糙表面，然后用低表面能物質(zhì)D4開(kāi)環(huán)產(chǎn)物對(duì)玻璃微珠表面進(jìn)行修飾，一定的反應(yīng)時(shí)間后，噴涂到干凈的玻璃片上。這個(gè)過(guò)程控制玻璃微珠用量，能達(dá)到超疏水表面，并且有較小的滾動(dòng)角。 創(chuàng)新點(diǎn)：在眾多構(gòu)造粗糙表面的方法中，使用玻璃微珠構(gòu)造粗糙表面是簡(jiǎn)單有效的方法，而且操作簡(jiǎn)單可行。玻璃微珠的選用，玻璃微珠使用的量，噴涂的量，以及偶聯(lián)劑的用量對(duì)形成超疏水都有重要影響。 技術(shù)關(guān)鍵：通過(guò)玻璃微珠和低表面能物質(zhì)的復(fù)合，使玻璃表面涂層水接觸角達(dá)到150°，并能在玻璃表面有一定的粘附性。 主要技術(shù)指標(biāo)：接觸角是否能在150°以上，滾動(dòng)角是否小于10°。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性：研究表明，通過(guò)控制表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及表面物質(zhì)的表面能，可以使表面獲得超疏水性能。目前大部分的研究都是仿照荷葉表面的特殊微納結(jié)構(gòu)，構(gòu)造特殊表面達(dá)到超疏水的目的。 先進(jìn)行：玻璃表面存在著難以除去的脂肪酸的酯基，而且，玻璃表面的粗糙化難以進(jìn)行，即使用氫氟酸刻蝕，效果也不能盡如人意，因此在玻璃表面噴涂經(jīng)過(guò)D4原位聚合改性的玻璃微珠，并控制玻璃微珠的噴涂量從而在玻璃表面構(gòu)造如荷葉表皮細(xì)胞那樣的微米納米級(jí)結(jié)構(gòu)變得相對(duì)可行。通過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)上述的方案是可行的。這種方法不需要模板，實(shí)施起來(lái)比較簡(jiǎn)單，而且沒(méi)有用昂貴的含氟試劑，成本相對(duì)低廉，適應(yīng)于工業(yè)生產(chǎn)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品尚未參與任何活動(dòng)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

申請(qǐng)專利

作品可展示的形式

樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用：將配好的涂料，直接可以用噴涂機(jī)進(jìn)行噴涂，經(jīng)干燥后即可得固體膜。此超疏水涂層，在管道輸送中、衛(wèi)浴產(chǎn)品、及汽車擋風(fēng)玻璃上都有應(yīng)用前景。 技術(shù)特點(diǎn)：以玻璃微珠為粗糙表面的主體，以D4開(kāi)環(huán)產(chǎn)物為低表面能物質(zhì)，在合適的粗糙程度下形成超疏水表面。 市場(chǎng)分析：在現(xiàn)有的管道運(yùn)輸中都存在運(yùn)輸?shù)恼硿?，極大的降低了運(yùn)輸效率，增大了運(yùn)輸成本，使用超疏水表面運(yùn)輸將極大的提高運(yùn)輸效率，提高工作效率，本作品在這方面有極大的應(yīng)用和市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)超疏水涂料的企業(yè)比較少，國(guó)外的同類涂料比較昂貴。本涂層的成本低廉，加工也比較簡(jiǎn)便，噴涂的方法也比較簡(jiǎn)單具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。如果能加以深入開(kāi)發(fā)利用，可以便利于人們的生產(chǎn)生活。而且本發(fā)明所需要的投資較少，一般的小型工廠即可以進(jìn)行生產(chǎn)。

同類課題研究水平概述

國(guó)際上對(duì)超疏水涂膜的研究始于20世紀(jì)40年代,在20世紀(jì)末隨著表面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超疏水自清潔涂膜的制備引起人們廣泛的關(guān)注。文獻(xiàn)上通常將水接觸角在150°以上、滾動(dòng)角小于10°的表面稱為超疏水表面。目前對(duì)于超疏水的理論解釋主要有要有上述Wenzel和Cassie-Baxte模型其方程。 受荷葉表面的超疏水性質(zhì)即“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā)并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間深入研究，人們發(fā)現(xiàn)材料表面的超疏水性質(zhì)是材料表面的化學(xué)組成及表面結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。江雷教授首次提出了“二元協(xié)同作用”這一概念。根據(jù)這一概念，超疏水表面通常需要經(jīng)由兩步獲得：(1)在材料的表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)；(2)在粗糙表面上接枝低表面能的試劑?；谶@兩條基本原則，許多方法被用來(lái)構(gòu)建超疏水表面，其中最常用的制備手段有：溶膠－凝膠法、模板法、電化學(xué)方法、等離子濺射法、合成新的具有特殊結(jié)構(gòu)納米粒子和在自然條件下形成具有二元結(jié)構(gòu)高分子膜等。溶膠-凝膠法制備的納米結(jié)構(gòu)對(duì)超疏水性能起到重要的作用,它可以產(chǎn)生很高的接觸角,在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的超疏水涂層研究中占有非常重要的地位。Javier Bravo等將基材反復(fù)浸入PAH（聚丙烯胺鹽酸）和SiO2溶膠再燒結(jié)，經(jīng)過(guò)20次循環(huán)浸泡然后自裝組（1H，1H，2H，2H－全氟三氯硅烷），制得接觸在160°左右的透明涂膜；H. M Shang等研究了不同粒徑尺寸的SiO2溶膠對(duì)接觸角的影響，并利用SiO2溶膠和自組裝技術(shù)制備出超疏水涂層；N. Shirtcliffe等分別利用MTOS和PTEOS制備溶膠，移入到聚苯乙烯瓶中密封20小時(shí)，再劃小口室溫干燥3天后涂于玻片上，再加熱，400℃時(shí)樣品由疏水變?yōu)橛H水，再浸涂TMSCL或PDMSCL后又具有超疏水效果；Kiyoharu Tadanaga等分別在基材表面浸涂AL2O3和TiO2雙層溶膠。再自然干燥或燒結(jié)，再自組裝氟硅烷可得接觸角達(dá)160°的涂層；Rosa Taurino等采用噴槍噴涂有機(jī)無(wú)機(jī)雜化溶膠（TEOT，TEOZ，TEOS和FLKS10），干燥后再旋涂氟化材料，得接角在157°，滯后角為2°的涂層；Y.H Xiu等利用TMOS和IBMOS（異丙基三甲氧基硅烷）制取復(fù)合溶膠再陳化涂于玻片上，制得接觸角為166.3°，滯后角為2.1°的超疏水涂層，并研究了不同質(zhì)量比（TMOS：IBTMOS）對(duì)接觸角的影響。
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