专利名称：一种工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法。
背景技术：
铝箔具有质轻、可延展、导电导热性能好等优点，工业铝箔广泛应用于空调散热器、汽车散热器、电缆等领域。普通铝箔表面呈亲水性，易发生凝露、腐蚀、微生物污染、结霜等问题。超疏水表面具有抗凝露、耐腐蚀、自清洁、抗结霜等特性，可显著提升铝箔的使用性能，具有重要的经济效益和社会效益。经过多年的发展，目前已有多种制备铝及铝合金超疏水表面的方法被报道，例如湿化学刻蚀法、有机和/或无机物涂层法、阳极氧化法等。但对于铝箔超疏水表面的制备， 现有技术还存在着以下问题
(1)基底损伤较大
部分技术通过自上而下的刻蚀手段获得超疏水表面所需要的粗糙结构，但是对基底的损伤较大。例如，湿化学刻蚀法多采用含有盐酸、氢氧化钠的溶液进行刻蚀，反应较为剧烈， 不易控制，腐蚀铝箔时易在有残余应力、缺陷等部位发生穿透现象。(2)处理工艺复杂
阳极氧化法是铝及其合金表面处理的常用工艺，但是需要和喷砂处理、等离子体处理等技术工艺结合，对样品表面进行处理，才能制备出超疏水表面，工艺较为复杂。
发明内容
本发明提供一种工业铝箔超疏水表面损伤低的工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法。本发明采用如下技术方案
一种工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法，包括如下处理步骤
(1)前处理将工业铝箔经丙酮、去离子水超声清洗，吹干后浸入lmol/L的NaOH水溶液中处理3(T60s，然后依次用乙醇、去离子水清洗，吹干后备用；所述工业铝箔厚度小于 0. 1mm，铝元素含量为99. 5% ；
(2)粗糙结构构建配制磷酸和氟化钠的混合水溶液，在70°C的恒温水浴槽中恒温加热，然后将前处理后的工业铝箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去离子水清洗并吹干； 所述的磷酸和氟化钠的混合水溶液中，磷酸的浓度为2广85g/L，氟化钠的浓度为23 45g/ L；
(3)化学改性将混合水溶液处理后的工业铝箔在70°C的液态硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的热乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制备出具有超疏水特性的工业铝箔表面。采用本发明的方法制备的工业铝箔超疏水表面，具有以下特点
(1)混合水溶液对工业铝箔的损伤小。本发明采用的混合水溶液中磷酸的浓度较低，且加入的氟化钠可进一步降低溶液的腐蚀性，减慢对工业铝箔的刻蚀速度和刻蚀深度，防止了工业铝箔在处理过程中的局部穿透，且使得工艺过程容易控制。处理后的超疏水工业铝箔的厚度为0. 03、. 035mm，如图1所示，可见该工艺是一种低损伤的制备方法。(2)在磷酸与氟化钠的混合水溶液对铝箔进行刻蚀的同时，铝箔表面还有其它多种化学反应发生。其中，钠离子、氟离子与铝离子可形成微溶于水的络合物氟铝酸钠，磷酸根离子会和铝离子反应生成不溶于水的磷酸铝，氧化反应还会生成氧化铝，这些反应生成物不断沉积在工业铝箔表面，使得工业铝箔表面刻蚀与沉积同时进行，从而形成了一种独特的粗糙结构，且进一步降低了对工业铝箔的损伤。图2为处理后工业铝箔表面X射线衍射仪的分析结果，证明了氟铝酸钠、磷酸铝和氧化铝在工业铝箔表面的存在，相应的形貌图片如图3所示。可以看出，颗粒状的沉积物均勻地覆盖在工业铝箔表面，直径为广5ym，且有一定间距，这无疑增大了表面的粗糙度，有利于超疏水性的构建。(3)制备的工业铝箔超疏水表面静态水滴接触角大于150°，且对水滴的黏附性很弱，水滴易脱落。例如，采用实例1的方案制备的工业铝箔超疏水表面的接触角为156°，水滴易脱落，见图4和图5。本发明的工业铝箔超疏水表面可应用于空调换热器翅片铝箔，不但可自清洁、提高耐蚀性，还可使翅片抗凝露、抗结霜。同时，本发明提供的制备工艺基于湿化学刻蚀法，所需原材料为丙酮、磷酸、氯化钠、硬脂酸、乙醇等常见溶剂，所需设备为超声波清洗机、恒温水浴槽、箱式电炉等常见设备，工艺步骤和设备操作十分简单。根据生产规模的需求，通过适当调整即可满足要求，效率高、成本低。
图1为实例1中超疏水工业铝箔截面的扫描电镜图； 图2为实例1中超疏水工业铝箔表面X射线衍射仪测试图谱； 图3为实例1中工业铝箔超疏水表面的扫描电镜图； 图4为实例1中工业铝箔超疏水表面的水滴形态； 图5为实例1中工业铝箔超疏水表面的水滴黏附性测试图。
具体实施例方式实例1
(1)将0.04mm厚工业铝箔(铝元素含量为99. 5%)依次用丙酮、去离子水超声清洗并吹干，随后浸入lmol/L的NaOH水溶液中处理，时间3(T60s，在本实施例中，处理时间为45s， 以去除工业铝箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化钠的混合水溶液，放置于70°C的恒温水浴槽中恒温加热，然后将前处理后的工业铝箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去离子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化钠的混合水溶液中，磷酸的浓度为43g/L，氟化钠的浓度为45g/L ；
(3)将水溶液浸泡处理后的工业铝箔在70°C的液态硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的热乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制备出具有超疏水特性的工业铝箔表面。通过上述方法处理的工业铝箔的截面如图1所示，该铝箔最厚处的厚度为
40. 035mm，最薄处为0. 03mm。图2为处理后铝箔表面的X射线衍射仪分析结果，显示处理后工业铝箔表面存在氟铝酸钠、磷酸铝、氧化铝等物质，相应的微观形貌如图3所示，颗粒尺寸1-5 μ m,间距2 10 μ m,粗糙度较大。图4显示水滴在这种表面的形态，经标定，接触角为 156°，呈现超疏水性。图5为超疏水铝箔表面的水滴黏附性测试，箭头方向表示用注射针头提拉水滴的运动方向。在这种表面，水滴可以轻易脱离，表明黏附性很小。实例2
(1)将0.04mm厚工业铝箔(铝元素含量为99. 5%)依次用丙酮、去离子水超声清洗并吹干，随后浸入lmol/L的NaOH水溶液中处理，时间3(T60s，在本实施例中，处理时间为30s， 以去除工业铝箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化钠的混合水溶液，放置于70°C的恒温水浴槽中恒温加热，然后将前处理后的工业铝箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去离子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化钠的混合水溶液中，磷酸的浓度为85g/L，氟化钠的浓度为23g/L ；
(3)将水溶液浸泡处理后的工业铝箔在70°C的液态硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的热乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min。通过这种方法处理的工业铝箔表面的水滴接触角为153°，且黏附性很小，显示出优异的超疏水特性。实例3
(1)将0.04mm厚工业铝箔(铝元素含量为99. 5%)依次用丙酮、去离子水超声清洗并吹干，随后浸入lmol/L的NaOH水溶液中处理，时间3(T60s，在本实施例中，处理时间为60s， 以去除工业铝箔表面氧化膜；
(2)配制磷酸和氟化钠的混合水溶液，放置于70°C的恒温水浴槽中恒温加热，然后将前处理后的工业铝箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去离子水清洗并吹干；所述的磷酸和氟化钠的混合水溶液中，磷酸的浓度为21g/L，氟化钠的浓度为35g/L ；
(3)将水溶液浸泡处理后的工业铝箔在70°C的液态硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的热乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min。通过这种方法处理的工业铝箔表面也呈现超疏水性，水滴接触角为152°，且黏附性很小。
权利要求
1. 一种工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法，其特征在于所述方法包括下列步骤(1)前处理将工业铝箔经丙酮、去离子水超声清洗，吹干后浸入lmol/L的NaOH水溶液中处理3(T60s，然后依次用乙醇、去离子水清洗，吹干后备用；所述工业铝箔厚度小于 0. 1mm，铝元素含量为99. 5% ；(2)粗糙结构构建配制磷酸和氟化钠的混合水溶液，在70°C的恒温水浴槽中恒温加热，然后将前处理后的工业铝箔浸泡在其中，5min后取出，用乙醇、去离子水清洗并吹干； 所述的磷酸和氟化钠的混合水溶液中，磷酸的浓度为2广85g/L，氟化钠的浓度为23 45g/ L；(3)化学改性将混合水溶液处理后的工业铝箔在70°C的液态硬脂酸中浸泡lh，然后在70°C的热乙醇中涮洗，最后在烘箱中于80°C下固化30min，即可制备出具有超疏水特性的工业铝箔表面。
全文摘要
一种工业铝箔超疏水表面的低损伤制备方法。该方法首先将工业铝箔经丙酮、去离子水超声清洗，吹干后浸入1mol/L的NaOH水溶液中处理30～60s，然后依次用乙醇、去离子水清洗，吹干后备用。将前处理后的工业铝箔浸泡在配制好的磷酸和氟化钠混合水溶液中，70℃恒温水浴条件下刻蚀5min，取出后乙醇、去离子水清洗并吹干。将混合水溶液处理后的工业铝箔在70℃的液态硬脂酸中浸泡1h，然后在70℃的热乙醇中涮洗，最后在80℃烘箱中固化30min，即可制备出具有超疏水特性的工业铝箔表面。本发明操作简便、成本低、基体损伤小，特别适用于较薄的工业铝箔表面构建超疏水性。
文档编号C23C22/36GK102418098SQ20111027360
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者余新泉, 吴昊, 张友法, 陈锋 申请人:东南大学