阅读说明：本技术 一种仿荷叶结构的疏水材料及其制备方法 (Hydrophobic material with lotus leaf-like structure and preparation method thereof ) 是由 王发洲 雷鸣 刘志超 刘鹏 何永佳 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿荷叶结构的疏水材料,由碳化胶凝材料、碳化增强剂、可成型有机物和固化剂热固性树脂组成。以荷叶为模板,将固化剂热固性树脂和可成型有机物混合后置于荷叶表面,通过固化剂对有机物的凝固作用制造仿荷叶结构模具片,此模具片表面具有同荷叶表面一样的乳突微结构；后将碳化胶凝材料置于模具片表面成型、压制并碳化,其中碳化过程中碳化增强剂的掺杂进一步提高材料的力学性能,最终通过纯物理手段使材料具有优异的疏水性能。本发明通过简单结构复制方法,将碳化胶凝材料改性为具有优异疏水性能的新型材料,水的接触角超过130°,碳化后的抗压强度达到120MPa。(The invention discloses a hydrophobic material with a lotus leaf-like structure, which consists of a carbonized cementing material, a carbonized reinforcing agent, a formable organic matter and a curing agent thermosetting resin. Mixing a curing agent thermosetting resin and a formable organic matter with lotus leaves as a template, placing the mixture on the lotus leaf surface, and manufacturing a lotus leaf structure-imitated mould sheet through the solidification effect of the curing agent on the organic matter, wherein the surface of the mould sheet has the mastoid microstructure which is the same as the lotus leaf surface; and then placing the carbonized cementing material on the surface of a die piece for molding, pressing and carbonizing, wherein the mechanical property of the material is further improved by doping a carbonization reinforcing agent in the carbonization process, and finally the material has excellent hydrophobic property by a pure physical means. According to the invention, by a simple structure replication method, the carbonized cementing material is modified into a novel material with excellent hydrophobic property, the contact angle of water exceeds 130 degrees, and the compressive strength after carbonization reaches 120 MPa.)

一种仿荷叶结构的疏水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，即一种仿荷叶结构的疏水材料及其制备方法。

背景技术

荷叶出淤泥而不染，水珠能在水面***，这些自然现象都跟疏水有关。疏水表面材料近年来引起了广泛的关注。研究表明，二元微纳结构的存在是表面实现疏水的根本原因，且疏水表面特殊的浸润性，使其在很多方面有广泛的应用，包括自清洁、防腐蚀、油水分离等方面。而且，粗糙的表面结构和较低的表面自由能是制备疏水表面的必要条件。在此基础上，人们发展了很多制备疏水表面的方法，例如，刻蚀法、溶胶-凝胶法等。

传统水泥基材料的耐久性能随着技术的发展不断提升，但是其自清洁、自防护、耐污染问题一直没有得到很好的解决。现如今，一般普通的表面涂层需采用化学合成等一系列复杂方式，虽也能达到简单地防护和自清洁作用，但是涂层服役期也需要2-3年进行清洁，人工清洁以及化学维护不但费用高，而且清洁过程也会对材料本身产生一定的化学腐蚀和磨损。因此，开发一种具有简单、持久、自清洁特性的新型疏水材料意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种手段达到仿荷叶结构的疏水材料，通过结构复制方法，将碳化胶凝材料改性为具有一定功能的新型材料，实现了碳化胶凝材料的疏水、高强效果。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种仿荷叶结构的疏水材料，它的原料包括碳化胶凝剂、碳化增强剂、水、可成型有机物和固化剂热固性树脂。

按上述方案，所述各原料按重量份数计包括：碳化胶凝材料60-80份、碳化增强剂0-0.8份、水5-15份、可成型有机物60-100份、固化剂热固性树脂6-10份。

上述仿荷叶结构的疏水材料的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤1：取荷叶一片，将固化剂热固性树脂和可成型有机物，按比例均匀混合后置于荷叶上表面，通过固化剂热固性树脂对可成型有机物的凝固作用制得仿荷叶结构仿片；

步骤2：按比例取碳化胶凝材料与碳化增强剂和水混合均匀；

步骤3：将步骤1所得仿片置于可压制成型模具底部，具有仿荷叶结构的那一面朝上，掺加步骤2所得混合材料于仿片上方，并压制成坯体，碳化后得到仿荷叶结构的疏水材料。

按上述方案，所述荷叶为自然界的普通荷叶。

按上述方案，所述碳化胶凝材料选自γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣、二硅酸三钙等中的一种或几种。

按上述方案，所述碳化增强剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、壳聚糖、无定形硅质材料等中的至少一种。

按上述方案，所述可成型有机物和固化剂热固性树脂为结合性材料，通过固化剂热固性树脂掺杂产生缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，达到使可成型有机物快速硬化作用，且固化材料本生具有化学惰性与良好的化学稳定性。其中，所述可成型有机物优选为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，固化剂热固性树脂优选为GLOZ-2M固化剂。

按上述方案，所述步骤3中成型压力为5-100MPa，成型样品厚度由碳化胶凝材料的掺加量决定，样品形状由仿片形状决定。

按上述方案，所述步骤3中碳化的工艺条件为：养护容器内的温度为5-50℃，相对湿度50-100％，二氧化碳浓度10-99.8％，气压为0.1-0.5MPa，碳化时间为2～8小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以荷叶为模板，将固化剂热固性树脂和可成型有机物混合后置于荷叶表面，通过固化剂对有机物的凝固作用制造仿荷叶结构仿片，此仿片表面具有同荷叶表面一样的乳突微结构；后将碳化胶凝材料置于仿片上表面成型、压制并碳化，其中碳化过程中碳化增强剂通过掺杂的方式进一步提高材料的力学性能，后续通过压制碳化手段使材料具有优异疏水性能。本发明通过简单结构复制方法，将碳化胶凝材料改性为具有优异疏水性能的新型材料，水的接触角超过130°，碳化后的抗压强度达到120MPa；人为老化通过4200小时检测，耐污染性为0级。

本发明所述仿荷叶结构的疏水材料具有广泛的应用范围，其表面自清洁方式可应用在建筑物的内外墙、隧道、桥梁、地铁口等，通过其疏水性和自清洁能力，借助雨水等自然条件冲刷保持户外物件表面干净，不仅能够降低维护费用，减少劳动力的需求，同时可以将对环境的污染程度降到最低，且目前市场上的疏水材料几乎都需掺杂有机添加剂或表面镀膜的方式使得材料具有疏水性能，这导致材料制作成本偏高，制作工艺复杂，部分添加物还会对环境产生一定的危害，不符合环境友好型理念。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的仿荷叶结构疏水材料及其制备方法的具体实施方式、步骤、特征及其功效，详细说明如下。

下述实施例中，碳化胶凝材料采用γ-C₂S，碳化增强剂采用低分子壳聚糖--甲壳素，可成型有机物采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)，固化剂热固性树脂采用GLOZ-2M。

下述实施例中，成型样品外形由荷叶形状和模具形状共同决定，但荷叶裁剪大小之后应不大于模具大小，优选地，荷叶裁剪形状和模具形状大小保持一致。

实施例1

一种仿荷叶结构的疏水材料，按重量份数计由如下原料制成：碳化胶凝材料γ-C2S 60份、碳化增强剂低分子壳聚糖(甲壳素)0.6份、水9份(水灰比0.15)、可成型有机物聚二甲基硅氧烷(PDMS)80份、GLOZ-2M固化剂8份。

上述仿荷叶结构的超疏水材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将PDMS与固化剂分别取质量80份和8份混合，均匀涂抹在荷叶上表面，厚度约为8mm，待1小时凝固后，得到仿荷叶结构仿片，同时仿片具有同荷叶表面一样的乳突结构；

步骤2：取60份的γ-C₂S，再与0.6份的甲壳素进行充分干混，将混合后粉体与去离子水按水固比为0.15充分搅拌并均匀混合后静置待成型；

步骤3：将步骤1仿荷叶结构仿片置于成型模具底部，使得具有荷叶结构的那一面朝上，然后将步骤2中均匀混合的湿料置于仿片上表面，在30MPa的压力下成型并保压2分钟后脱模取出，将取出的样品放入碳化环境中碳化，温度为25℃，相对湿度60％，二氧化碳浓度99.8％，气压为0.3MPa，碳化时间为6小时，得到仿荷叶结构的疏水材料。

实施例1制得的仿荷叶结构的疏水材料达到的技术指标为：水接触为131.8°，抗压强度为118Mpa；人为老化通过4200小时检测，耐污染性为0级。

实施例2

一种仿荷叶结构的疏水材料，按重量份数计由如下原料制成：碳化胶凝材料γ-C2S 80份、碳化增强剂低分子壳聚糖(甲壳素)0.8份、水12份、可成型有机物聚二甲基硅氧烷(PDMS)100份、GLOZ-2M固化剂10份。

上述仿荷叶结构的超疏水材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将PDMS与固化剂分别取质量100份和10份混合，均匀涂抹在荷叶上表面，厚度约为10mm，待1小时凝固后，得到仿荷叶结构仿片，同时仿片具有同荷叶表面一样的乳突结构；

步骤2：取80份的γ-C₂S，再与0.8份的甲壳素进行充分干混，将混合后粉体与去离子水按水固比为0.15充分搅拌并均匀混合后静置待成型；

步骤3：将步骤1仿荷叶结构仿片置于成型模具底部，使得具有荷叶结构的那一面朝上，然后将步骤2中均匀混合的湿料置于仿片上表面，在30MPa的压力下成型并保压2分钟，后脱模取出，将取出的样品放入碳化环境中碳化，温度为25℃，相对湿度60％，二氧化碳浓度99.8％，气压为0.5MPa，碳化时间为8小时，得到仿荷叶结构的疏水材料

实施例2制得的仿荷叶结构的疏水材料达到的技术指标为：水接触角为136.3°，抗压强度为123MPa；人为老化通过4200小时检测，耐污染性为0级。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。