专利名称：改进金属材料表面疏水性的方法
技术领域：
本发明属于金属基体材料表面改性领域。
背景技术：
固体表面的超疏水改性已经成为科学研究领域中的热门课题。近二十年来，材料表面的超疏水改性取得了较大的进步，人们已经可以在很多具有亲水性的基体材料表面制造出超疏水的性能，而且方法也各异，如高分子溶液的自组装、等离子表面刻蚀与接枝等方法。
目前对于金属基体材料表面的超疏水改性的方法不多，主要提到的有以下几种(1)利用腐蚀法改变金属表面形貌，如Baitai Qian等在《Langmuir》杂志2005，21，9007-9009中提到一种酸腐蚀法改变金属表面性能，将金属材料浸入一定比例配制的酸性溶液中，金属基体表面因被酸腐蚀而在表面产生大小不一的凹坑，然后将其放入一种含氟的硅氧烷溶液中，使金属的表面覆上一层低表面能物质，从而得到超疏水表面。(2)利用电化学沉积法改变金属表面形貌，如N.J.Shirtcliffe，G.McHale等在《Langmuir》杂志2005，21，937-943中提到利用电化学沉积的方法，将要镀覆的金属作为阳极，被镀覆的基体材料作为阴极，在一定的电流和时间内，使金属无规则的镀覆到基体表面，从而产生一些凸起的峰，即增加了基体材料表面的粗糙度。然后在其表面涂上一层防水透气材料，以获得超疏水表面。
但是这些方法均存在一些不足之处，如腐蚀法容易使金属基体表面生锈，电化学沉积法则因受电流和通电时间的限制较大而不易操作。而且上述方法大面积推广对环境和人体有污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进金属材料表面疏水性的新方法，此方法简单高效，应用前景好。
本发明的制备方法如下(1)将金属片表面清除油污。
(2)利用喷枪将36～180目的砂粒均匀地喷到金属表面，喷砂时间为10秒～20分钟，30秒为最佳，喷砂压力为0.2～2.0MPa，0.8MPa为最佳。
(3)将喷过砂的金属表面作清洁处理，除去表面残留的砂粒。
(4)配制合适的含低表面能物质的处理液，如含CF3(CF2)n-CH2CH2-OSi(OCH3)3(n＝6，8，10)的溶液(简称PFO溶液)、石蜡溶液、氨基硅油改性的环氧树脂、氨基硅油改性的聚氨酯、硅丙树脂和氟树脂等，将这种处理液均匀地涂覆到喷过砂的金属材料表面，然后放入60～200℃的烘箱中固化2～24小时。
(5)用接触角仪测试金属表面与水的接触角，接触角值大幅提高。
本发明的优点在于操作简单，效率高，重复性好，应用广泛，而且对金属基体材料本身没有特殊要求，能方便地制备大试件、异形件的超疏水表面，并可用于大多数金属材料表面的疏水和超疏水改性。
具体实施例方式
实施例1将目数为36目棕钢玉均匀地喷到钛合金片、钢片、铝合金片和紫铜片表面，表面清洁处理，然后用PFO溶液处理各金属片表面，其成分为CF3(CF2)n-CH2CH2-OSi(0CH3)3(n＝6，8，10)为1％，无水乙醇97.9％，蒸馏水1％，盐酸(0.1N)0.1％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，先放入60℃烘箱中固化4小时，再放入120℃的烘箱中固化8小时后，测得与水的接触角如表1所示。
表1实施例1中各种金属片表面与水的接触角(°) 实施例2将目数为180目棕钢玉均匀地喷到铝合金片、黄铜片、不锈钢片和铝片表面，表面清洁处理，然后用PFO溶液处理各金属片表面，其成分为CF3(CF2)n-CH2CH2-OSi(OCH3)3(n＝6，8，10)为0.5％，无水乙醇88％，蒸馏水10％，盐酸(0.1N)1.5％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，先放入60℃烘箱中固化2小时，再放入120℃的烘箱中固化4小时后，测得与水的接触角如表2所示。
表2实施例2中各种金属片表面与水的接触角(°)
实施例3将目数为60目的棕钢玉均匀地喷到黄铜片、铝片、钛合金片和钢片表面，表面清洁处理，然后用氨基硅油改性的环氧树脂溶液处理各金属片表面，其成分为环氧树脂3.6％，氨基硅油1.8％，3，5-二甲硫基甲苯二胺(简称E300)为0.6％，丙酮94％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，放入140℃的烘箱中固化24小时后，测得与水的接触角如表3所示。
表3实施例3中各种金属片表面与水的接触角(°) 实施例4将目数为120目的棕钢玉均匀地喷到不锈钢片、钢片、铝片和紫铜片表面，表面清洁处理，然后用氨基硅油改性的环氧树脂溶液处理各金属片表面，其成分为环氧树脂0.6％，氨基硅油0.3％，3，5-二甲硫基甲苯二胺0.1％，丙酮99％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，放入140℃的烘箱中固化24小时后，测得与水的接触角如表4所示。
表4实施例4中各种金属片表面与水的接触角(°) 实施例5将目数为120目的棕钢玉均匀地喷到铝片、钢片、铝合金片和紫铜片表面，表面清洁处理，然后用溶有固体石蜡的二甲苯溶液处理各金属片表面，其成分为固体石蜡1％，二甲苯99％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，放入120℃的烘箱中风干，测得与水的接触角如表5所示。
表5实施例5中各种金属片表面与水的接触角(°)
实施例6将目数为60目的棕钢玉均匀地喷到黄铜片、铝片、紫铜片和钛合金片表面，表面清洁处理，然后用氨基硅油改性的聚氨酯溶液处理各金属片表面，其成分为端羟基聚丁二烯(HTPB)/甲苯二异氰酸酯(TDI)聚氨酯预聚体3.4％，氨基硅油1.4％，3，5-二甲硫基甲苯二胺0.2％，甲苯95％，将混合物在常温下搅拌均匀后即得处理液。处理完后，放入50℃的烘箱中固化6小时，测得与水的接触角如表5所示。
表6实施例6中各种金属片表面与水的接触角(°) 以上实施例中喷砂条件为实施例1、2的喷砂时间为30秒，实施例3的喷砂时间为10秒，实施例4、5的喷砂时间为5min，实施例6的喷砂时间为20min，喷砂压力均为0.8Mpa。所用的接触角仪器为KSV Instruments Ltd，Finland的CAM200，测量时所用探测液的体积为5μL，每个金属面上测5个不同点，取这5个点的平均值。
权利要求
1.一种改进金属材料表面疏水性的方法，在金属表面涂覆一层低表面能物质，如含氟的硅氧烷溶液，本发明方法的特征是低表面能物质还包括石蜡溶液、氨基硅油改性的环氧树脂、氨基硅油改性的聚氨酯、硅丙树脂和氟树脂，在涂覆低表面能物质前，用压缩空气将砂丸对金属材料表面进行喷砂处理，空气压力为0.2～2.0MPa，0.8MPa为最佳，喷砂时间为10秒～20分钟，30秒为最佳。
2.权利要求1所述的改进金属材料表面疏水性的方法，其特征是所述金属材料为黄铜、紫铜、铝、钛、铁和不锈钢。
3.据权利要求1所述的改进金属材料表面疏水性的方法，其特征是喷砂用砂丸目数为36-180目。
全文摘要
本发明属于金属材料表面改性领域。本发明的改性方法是，在室温下，利用高压空气流将不同目数的砂丸通过喷枪对金属表面进行喷砂处理来改变其表面形貌，然后在其表面涂覆低表面能物质，从而改变金属材料表面的润湿性，以获得疏水表面和超疏水表面。本发明的方法简单高效，重复性好，可用于大多数金属材料表面的改性。
文档编号B32B5/14GK1814862SQ2006100385
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年3月2日
发明者肖怡, 汤继俊, 孔庆刚, 粟常红, 王庆军, 陈庆民 申请人:南京大学