專利名稱：一種工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法
技術領域：
本發明涉及一種在工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法。
背景技術：
鋁箔具有質輕、可延展、導電導熱性能好等優點，工業鋁箔廣泛應用于空調散熱器、汽車散熱器、電纜等領域。普通鋁箔表面呈親水性，易發生凝露、腐蝕、微生物污染、結霜等問題。超疏水表面具有抗凝露、耐腐蝕、自清潔、抗結霜等特性，可顯著提升鋁箔的使用性能，具有重要的經濟效益和社會效益。經過多年的發展，目前已有多種制備鋁及鋁合金超疏水表面的方法被報道，例如濕化學刻蝕法、有機和/或無機物涂層法、陽極氧化法等。但對于鋁箔超疏水表面的制備， 現有技術還存在著以下問題
(1)基底損傷較大
部分技術通過自上而下的刻蝕手段獲得超疏水表面所需要的粗糙結構，但是對基底的損傷較大。例如，濕化學刻蝕法多采用含有鹽酸、氫氧化鈉的溶液進行刻蝕，反應較為劇烈， 不易控制，腐蝕鋁箔時易在有殘余應力、缺陷等部位發生穿透現象。(2)處理工藝復雜
陽極氧化法是鋁及其合金表面處理的常用工藝，但是需要和噴砂處理、等離子體處理等技術工藝結合，對樣品表面進行處理，才能制備出超疏水表面，工藝較為復雜。
發明內容
本發明提供一種工業鋁箔超疏水表面損傷低的工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法。本發明采用如下技術方案
一種工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法，包括如下處理步驟
(1)前處理將工業鋁箔經丙酮、去離子水超聲清洗，吹干后浸入lmol/L的NaOH水溶液中處理3(T60s，然后依次用乙醇、去離子水清洗，吹干后備用；所述工業鋁箔厚度小于 0. 1mm，鋁元素含量為99. 5% ；
(2)粗糙結構構建配制磷酸和氟化鈉的混合水溶液，在70°C的恒溫水浴槽中恒溫加熱，然后將前處理后的工業鋁箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去離子水清洗并吹干； 所述的磷酸和氟化鈉的混合水溶液中，磷酸的濃度為2廣85g/L，氟化鈉的濃度為23 45g/ L；
(3)化學改性將混合水溶液處理后的工業鋁箔在70°C的液態硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的熱乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制備出具有超疏水特性的工業鋁箔表面。采用本發明的方法制備的工業鋁箔超疏水表面，具有以下特點
(1)混合水溶液對工業鋁箔的損傷小。本發明采用的混合水溶液中磷酸的濃度較低，且加入的氟化鈉可進一步降低溶液的腐蝕性，減慢對工業鋁箔的刻蝕速度和刻蝕深度，防止了工業鋁箔在處理過程中的局部穿透，且使得工藝過程容易控制。處理后的超疏水工業鋁箔的厚度為0. 03、. 035mm，如圖1所示，可見該工藝是一種低損傷的制備方法。(2)在磷酸與氟化鈉的混合水溶液對鋁箔進行刻蝕的同時，鋁箔表面還有其它多種化學反應發生。其中，鈉離子、氟離子與鋁離子可形成微溶于水的絡合物氟鋁酸鈉，磷酸根離子會和鋁離子反應生成不溶于水的磷酸鋁，氧化反應還會生成氧化鋁，這些反應生成物不斷沉積在工業鋁箔表面，使得工業鋁箔表面刻蝕與沉積同時進行，從而形成了一種獨特的粗糙結構，且進一步降低了對工業鋁箔的損傷。圖2為處理后工業鋁箔表面X射線衍射儀的分析結果，證明了氟鋁酸鈉、磷酸鋁和氧化鋁在工業鋁箔表面的存在，相應的形貌圖片如圖3所示。可以看出，顆粒狀的沉積物均勻地覆蓋在工業鋁箔表面，直徑為廣5ym，且有一定間距，這無疑增大了表面的粗糙度，有利于超疏水性的構建。(3)制備的工業鋁箔超疏水表面靜態水滴接觸角大于150°，且對水滴的黏附性很弱，水滴易脫落。例如，采用實例1的方案制備的工業鋁箔超疏水表面的接觸角為156°，水滴易脫落，見圖4和圖5。本發明的工業鋁箔超疏水表面可應用于空調換熱器翅片鋁箔，不但可自清潔、提高耐蝕性，還可使翅片抗凝露、抗結霜。同時，本發明提供的制備工藝基于濕化學刻蝕法，所需原材料為丙酮、磷酸、氯化鈉、硬脂酸、乙醇等常見溶劑，所需設備為超聲波清洗機、恒溫水浴槽、箱式電爐等常見設備，工藝步驟和設備操作十分簡單。根據生產規模的需求，通過適當調整即可滿足要求，效率高、成本低。
圖1為實例1中超疏水工業鋁箔截面的掃描電鏡圖； 圖2為實例1中超疏水工業鋁箔表面X射線衍射儀測試圖譜； 圖3為實例1中工業鋁箔超疏水表面的掃描電鏡圖； 圖4為實例1中工業鋁箔超疏水表面的水滴形態； 圖5為實例1中工業鋁箔超疏水表面的水滴黏附性測試圖。
具體實施例方式實例1
(1)將0.04mm厚工業鋁箔(鋁元素含量為99. 5%)依次用丙酮、去離子水超聲清洗并吹干，隨后浸入lmol/L的NaOH水溶液中處理，時間3(T60s，在本實施例中，處理時間為45s， 以去除工業鋁箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化鈉的混合水溶液，放置于70°C的恒溫水浴槽中恒溫加熱，然后將前處理后的工業鋁箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去離子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化鈉的混合水溶液中，磷酸的濃度為43g/L，氟化鈉的濃度為45g/L ；
(3)將水溶液浸泡處理后的工業鋁箔在70°C的液態硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的熱乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制備出具有超疏水特性的工業鋁箔表面。通過上述方法處理的工業鋁箔的截面如圖1所示，該鋁箔最厚處的厚度為
40. 035mm，最薄處為0. 03mm。圖2為處理后鋁箔表面的X射線衍射儀分析結果，顯示處理后工業鋁箔表面存在氟鋁酸鈉、磷酸鋁、氧化鋁等物質，相應的微觀形貌如圖3所示，顆粒尺寸1-5 μ m,間距2 10 μ m,粗糙度較大。圖4顯示水滴在這種表面的形態，經標定，接觸角為 156°，呈現超疏水性。圖5為超疏水鋁箔表面的水滴黏附性測試，箭頭方向表示用注射針頭提拉水滴的運動方向。在這種表面，水滴可以輕易脫離，表明黏附性很小。實例2
(1)將0.04mm厚工業鋁箔(鋁元素含量為99. 5%)依次用丙酮、去離子水超聲清洗并吹干，隨后浸入lmol/L的NaOH水溶液中處理，時間3(T60s，在本實施例中，處理時間為30s， 以去除工業鋁箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化鈉的混合水溶液，放置于70°C的恒溫水浴槽中恒溫加熱，然后將前處理后的工業鋁箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去離子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化鈉的混合水溶液中，磷酸的濃度為85g/L，氟化鈉的濃度為23g/L ；
(3)將水溶液浸泡處理后的工業鋁箔在70°C的液態硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的熱乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min。通過這種方法處理的工業鋁箔表面的水滴接觸角為153°，且黏附性很小，顯示出優異的超疏水特性。實例3
(1)將0.04mm厚工業鋁箔(鋁元素含量為99. 5%)依次用丙酮、去離子水超聲清洗并吹干，隨后浸入lmol/L的NaOH水溶液中處理，時間3(T60s，在本實施例中，處理時間為60s， 以去除工業鋁箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化鈉的混合水溶液，放置于70°C的恒溫水浴槽中恒溫加熱，然后將前處理后的工業鋁箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去離子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化鈉的混合水溶液中，磷酸的濃度為21g/L，氟化鈉的濃度為35g/L ；
(3)將水溶液浸泡處理后的工業鋁箔在70°C的液態硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的熱乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min。通過這種方法處理的工業鋁箔表面也呈現超疏水性，水滴接觸角為152°，且黏附性很小。
權利要求
1. 一種工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法，其特征在于所述方法包括下列步驟(1)前處理將工業鋁箔經丙酮、去離子水超聲清洗，吹干后浸入lmol/L的NaOH水溶液中處理3(T60s，然后依次用乙醇、去離子水清洗，吹干后備用；所述工業鋁箔厚度小于 0. 1mm，鋁元素含量為99. 5% ；(2)粗糙結構構建配制磷酸和氟化鈉的混合水溶液，在70°C的恒溫水浴槽中恒溫加熱，然后將前處理后的工業鋁箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去離子水清洗并吹干； 所述的磷酸和氟化鈉的混合水溶液中，磷酸的濃度為2廣85g/L，氟化鈉的濃度為23 45g/ L；(3)化學改性將混合水溶液處理后的工業鋁箔在70°C的液態硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的熱乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制備出具有超疏水特性的工業鋁箔表面。
全文摘要
一種工業鋁箔超疏水表面的低損傷制備方法。該方法首先將工業鋁箔經丙酮、去離子水超聲清洗，吹干后浸入1mol/L的NaOH水溶液中處理30～60s，然后依次用乙醇、去離子水清洗，吹干后備用。將前處理后的工業鋁箔浸泡在配制好的磷酸和氟化鈉混合水溶液中，70℃恒溫水浴條件下刻蝕5min，取出后乙醇、去離子水清洗并吹干。將混合水溶液處理后的工業鋁箔在70℃的液態硬脂酸中浸泡1h，然后在70℃的熱乙醇中涮洗，最后在80℃烘箱中固化30min，即可制備出具有超疏水特性的工業鋁箔表面。本發明操作簡便、成本低、基體損傷小，特別適用于較薄的工業鋁箔表面構建超疏水性。
文檔編號C23C22/36GK102418098SQ20111027360
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者余新泉, 吳昊, 張友法, 陳鋒 申請人:東南大學