PDMS/C超疏水复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PDMS/C超疏水复合薄膜，包括聚二甲基硅氧烷以及均匀分布于聚二甲基硅氧烷中的炭黑，超疏水复合薄膜的水接触角为155°‑160°。本发明专利技术还提供了其制备方法，包括以下步骤：在两相对的基底之间形成聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物，向基底的表面施加朝向混合物的力，然后在150℃‑160℃下固化，以在基底之间形成超疏水复合薄膜。本发明专利技术只采用物理加压方式将炭黑材料嵌入PDMS中，简单快速，经济环保，所制备的复合薄膜不仅具备优异的超疏水性，而且同时还具备耐磨损以及避光防护的特性。

PDMS/C super hydrophobic composite film and its preparation method

The invention relates to a PDMS/C superhydrophobic composite film, which comprises a polydimethylsiloxane and carbon black uniformly distributed in the polydimethylsiloxane. The water contact angle of the superhydrophobic composite film is 155 [160]. The present invention also provides a preparation method, including the following steps: forming a mixture of polydimethylsiloxane and carbon black between two opposite substrates, applying a force toward the mixture to the surface of the substrate, and then curing at 150 160 C to form a superhydrophobic composite film between the substrates. The carbon black material is embedded into PDMS only by physical pressurization, which is simple, rapid, economical and environmental friendly. The composite film not only has excellent superhydrophobicity, but also has the characteristics of wear resistance and light avoidance protection.

【技术实现步骤摘要】
PDMS/C超疏水复合薄膜及其制备方法
本专利技术涉及超疏水薄膜
，尤其涉及一种PDMS/C超疏水复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
荷叶的超疏水即自清洁的性质自古便为人所知，因此也留下了“出淤泥而不染”的美誉。水滴在荷叶表面时会形成珠形且不能稳定地停留在表面，只要稍微摆动或倾斜水珠便会从叶面滚落，水珠滚落的同时会带走荷叶表面粘附的灰尘等污染物，从而保持荷叶表面的干净，荷叶表面的这种自清洁现象被称为荷叶效应。扫描电子显微镜的使用揭开了荷叶疏水秘密的面纱，促使Barthlott在理论上提出了“荷叶效应”概念，并开辟了一个新的表面应用领域。现已能通过多种技术制备超疏水表面，但主要可以分为两种途径：一种是在低表面能物质的表面上构筑微观的粗糙结构；另一种是在粗糙结构的表面上修饰低表面能物质。随着实验制备技术的发展，一些高精密仪器和优良的低表面能物质得到应用。研究者已经能够通过不同的物理、化学方法制备出不同形貌粗糙结构的超疏水薄膜。这些方法主要包括相分离技术、刻蚀法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、层层自组装技术以及电纺法。虽然，研究者们在实验室制备出了具有极大静态接触角和极小滚动角的超疏水表面。但是，对应的制备方法要么需要昂贵而复杂的精密设备，要么就是制备过程复杂，仅仅停留在实验研究阶段，难以实现大规模工业化生产。再者，所制备的超疏水表面结构不牢固，通常需要后续疏水化处理(主要是化学修饰)，适应外部环境的能力较差，在自然条件下，表层粗糙结构很容易老化、破坏，从而丧失超疏水性。这些缺陷使得人工超疏水薄膜目前还难以走出实验室。因此，如何通过简单的方法制备出成本低、持久性优异的超疏水薄膜是今后实验研究的主攻方向。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种PDMS/C超疏水复合薄膜及其制备方法，只采用物理加压方式将炭黑材料嵌入PDMS中，简单快速，经济环保，所制备的复合薄膜不仅具备优异的超疏水性，而且同时还具备耐磨损以及避光防护的特性。在一方面，本专利技术提供了一种PDMS/C超疏水复合薄膜，包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及均匀分布于聚二甲基硅氧烷中的炭黑，PDMS/C超疏水复合薄膜的水接触角为155°-160°，优选地，超疏水复合薄膜的水接触角为158°。炭黑薄膜具有天然的超疏水性，但一直无法直接应用于实际场合，原因在于其机械强度很低，极易被破坏。而炭黑是由一个个粒径大概在几十纳米左右的碳颗粒通过随机的物理堆叠组合成无序的链枝状结构(图1)，正是得益于这种结构，使得炭黑表面具有非常高的粗糙度，才造就了其卓越的超疏水性。但这些纳米颗粒之间的微观粘结性天然就很弱，故导致了其宏观的机械强度极差。PDMS作为粘结剂，对炭黑结构进行一定的外在固定强化，大大提高结构的耐磨性，而同时保留住其超疏水性，且炭黑也同时赋予复合薄膜以避光性。在另一方面，本专利技术还提供了一种上述PDMS/C超疏水复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：在两相对的基底之间形成聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物，向基底的表面施加朝向混合物的力，然后在150℃-160℃下固化，以在基底之间形成所述PDMS/C超疏水复合薄膜。进一步地，基底的材质为玻璃、硅片或金属。进一步地，施加的力的压强为650-1250Pa。进一步地，施加的力可采用重力，如将砝码压制在基底表面，操作简单。进一步地，在两相对的基底之间形成聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物的方法包括以下步骤：在第一基底的表面修饰聚二甲基硅氧烷层，在第二基底的表面沉积炭黑层，然后将第一基底表面的聚二甲基硅氧烷层和第二基底表面的炭黑层相互接触且紧密贴合。进一步地，聚二甲基硅氧烷层的厚度为8-20微米。进一步地，炭黑层的厚度根据上述选定聚二甲基硅氧烷层厚度，以炭黑层与聚二甲基硅氧烷层的厚度之比为1-1.3:1为宜。进一步地，在第一基底的表面修饰聚二甲基硅氧烷层的方法包括以下步骤：(S1)将PDMS主胶与固化剂以10:1的质量比混匀，形成胶体，排除胶体内的气泡，得到PDMS溶液；(S2)将PDMS溶液旋涂在第一基底表面。在步骤(S1)中，还可利用稀释剂对胶体进行稀释以获得良好流动性的PDMS溶液，为了保证其流动性，PDMS主胶:与稀释剂质量比为1:1-3。聚二甲基硅氧烷层的厚度会影响最终形成的超疏水复合薄膜的耐磨擦性不同，聚二甲基硅氧烷层越厚越耐摩擦。进一步地，在固化之前，还包括去除第二基底的步骤，从而在第一基底的表面形成超疏水复合薄膜。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、本专利技术的方法选用商业可得的PDMS及炭黑为原材料，材料廉价、简单易得、无毒无污染，工艺简单，无需昂贵设备，不需要高温处理和后续疏水化处理，能耗低，对环境友好，可广泛适用于在玻璃、硅片、金属等各种基底材料表面进行制备。2、采用本专利技术的制备方法首次利用PDMS复合炭黑材料制备出一种具有耐磨损的超疏水聚合物薄膜，且薄膜不透明，可用于特殊避光防护要求的场合。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是炭黑的电镜形貌图；图2是PDMS/C超疏水复合薄膜的制备流程图；图3是PDMS/C超疏水复合薄膜的实物照片和水接触角测试结果；图4为PDMS/C超疏水复合薄膜的SEM形貌测试结果；附图标记说明：1-第二基底；2-炭黑；3-PDMS；4-第一基底；5-PDMS/C超疏水复合薄膜。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1本实施例提供了一种PDMS/C超疏水复合薄膜的制备方法，按照图2的流程进行，具体方法如下：(1)选用载玻片(材质为玻璃)作为第一基底4和第二基底1，并经丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min，氮气下吹干备用。(2)将PDMS主胶与固化剂(主胶和固化剂都为道康宁184)以10:1的质量比混合，放置在超声机中超声10分钟后，再放入等离子体机里抽真空10min除气泡；再将得到的PDMS与稀释剂(正己烷)按1:1的比例(质量比)混合配置PDMS溶液备用。(3)将上述配置的PDMS溶液滴加在步骤(1)处理后的第一基底4上，并利用甩胶机以2000r/min转速旋涂，得到涂覆有PDMS3的第一基底4，PDMS3的厚度为9.5微米。在实际的操作中，也可以直接用不加稀释剂的PDMS溶液以一定的转速甩胶。转速的不同以及不同的稀释比例(PDMS与稀释剂的质量比)会导致最终得到的样品的厚度(相同甩胶参数，加入稀释剂越多，胶体越稀，甩得的胶越薄)和耐磨擦性不同(胶体越厚越耐摩擦)。(4)取步骤(1)处理后的第二基底1，将其放在煤油火焰上方烘烤，沉积厚为11微米的炭黑2后，得到沉积炭黑2的第二基底1。将第二基底1扣在第一基底4上，并且使炭黑2与PDMS3接触，然后在第二基底1上表面用100g的砝码(等效压强约为930Pa)压在上面静置10s，使第一基底4上的PDMS3浇筑渗透进炭黑2，并使得第一基底4直接从第二基底1表面夺取炭黑2，然后取走砝码和第二基底1。(5)将带有PDMS和炭黑的第一基底4放入烘箱中150℃保压固化20min，即在第一基底4表面形成PDMS/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PDMS/C超疏水复合薄膜，其特征在于：包括聚二甲基硅氧烷以及均匀分布于所述聚二甲基硅氧烷中的炭黑，所述PDMS/C超疏水复合薄膜的水接触角为155°‑160°。

【技术特征摘要】
1.一种PDMS/C超疏水复合薄膜，其特征在于：包括聚二甲基硅氧烷以及均匀分布于所述聚二甲基硅氧烷中的炭黑，所述PDMS/C超疏水复合薄膜的水接触角为155°-160°。2.一种权利要求1所述的PDMS/C超疏水复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在两相对的基底之间形成聚二甲基硅氧烷与炭黑的混合物，向所述基底的表面施加朝向混合物的力，然后在150℃-160℃下固化，以在所述基底之间形成所述PDMS/C超疏水复合薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述基底的材质为玻璃、硅片或金属。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：施加的力的压强为650-1250Pa。...

【专利技术属性】
技术研发人员：石震武，徐成云，张锋，吴竹慧，彭长四，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32