[發(fā)明專利]一種具有普適性的超雙疏表面及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310633591.1
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103709882A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡繼文;李妃;鄒海良;林樹東;劉國軍;涂園園;齊健
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院廣州化學(xué)有限公司
• 主分類號: C09D133/16
• 分類號: C09D133/16;C09D7/12;C09D5/00;C09C1/28;C09C3/10;C08F20/32;C08F8/18;C08F8/34
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 張燕玲;裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超雙疏材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有普適性的超雙疏表面及其制備方法。

背景技術(shù)

表面潤濕性是固體表面的重要特征之一，潤濕性可以用表面上水的接觸角來衡量，通常將水接觸角在150°以上、滾動角小于10°的表面稱為超疏水表面，表面對油擁有大于150°的接觸角，可認(rèn)為是超疏油表面。若某一表面上的水和油的靜態(tài)接觸角都大于150°且其滾動角都小于5°，則該界面可稱之為超雙疏界面。超疏水表面和超雙疏表面具備一定的自清潔功能，即表面污染物如灰塵等可以被滾落的水滴帶走而不留下任何痕跡。自清潔涂層具有節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，越來越受到人們的廣泛關(guān)注，是目前材料學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。

相對于構(gòu)筑超疏水界面來講，超雙疏材料的制備和構(gòu)筑顯得更難，主要是涉及到的科學(xué)和技術(shù)問題更多，因此在這方面還是處于研發(fā)階段，很少有關(guān)于超雙疏材料工業(yè)化產(chǎn)品的報(bào)道出現(xiàn)。

固體表面的粗糙度和低表面能是制備超疏水或超雙疏表面最關(guān)鍵的影響因素，含氟化合物和含氟聚合物因其低表面能而廣泛應(yīng)用于該領(lǐng)域。為了在玻璃、金屬等光滑表面構(gòu)建超疏水或超雙疏表面，人們常用的方法是將二氧化硅、二氧化鈦、四氧化三鐵等無機(jī)納米/微米粒子和含氟聚合物共混或?qū)⒓{米/微米級粒子氟化，然后將氟化的納米/微米級粒子涂到材料表面從而構(gòu)建超疏水或超雙疏表面。這些方法中，聚合物、無機(jī)粒子和基底之間很難真正通過化學(xué)鍵合作用粘合在一起，主要是靠物理吸附作用，因此超雙疏表面的耐久性不是很好。另外，制備氟化無機(jī)粒子需要將含氟聚合物接枝到無機(jī)粒子表面的這種異相反應(yīng)，大部分報(bào)道都需要對無機(jī)粒子表面進(jìn)行一系列處理，步驟較為繁瑣導(dǎo)致很難大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

專利201110131477.X提出一種含氟雙功能微球的制備及其應(yīng)用于構(gòu)筑超雙疏表面。主要方法是制備一種含有多種官能團(tuán)的納米或微米級粒子，使其表面不僅含有含氟化合物，還有能夠與基質(zhì)反應(yīng)而形成共價鍵的基團(tuán)，再將這種表面接枝有含氟化合物和可與基質(zhì)進(jìn)行化學(xué)鍵合的納米或微米微球噴涂在基材表面，并以此構(gòu)筑超雙疏界面。該發(fā)明所制備的涂層具有優(yōu)異的超雙疏特性，且涂層通過共價鍵與基材表面進(jìn)行鍵合，從而使得超雙疏性能具有較好耐久性。但是，該法可處理的基材具有一定的局限性，必須含有活性基團(tuán)(如羥基、羧基、氨基等)，否則不具備粘結(jié)性，而且含氟微球需要分散在含氟溶劑中。

專利201110266897.9提出了一種利用含氟含硅共聚物和二氧化硅進(jìn)行共混后在含有活性基團(tuán)的表面進(jìn)行組裝成膜，可賦予表面很好的超雙疏性能，這種方法利用較多的含氟含硅共聚物，成本較高，并且需要共混組裝反應(yīng)，工藝比較復(fù)雜，而且基材需含活性基團(tuán)，不具有普適性。

專利201110373304.9提出了利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合在氨基改性無機(jī)微球表面接枝可交聯(lián)單體和含氟單體得到可交聯(lián)的超雙疏性微球，該含氟微球組裝成膜得到超雙疏表面性能優(yōu)異，不僅具有較好的疏水疏油接觸角，同時具有很好的耐酸堿性，也有較好的耐候性。但是該方法的處理過程較為繁瑣，對試劑、設(shè)備要求較高，而且含氟微球需要分散在含氟溶劑中，表面也沒有粘結(jié)性基團(tuán)，因此粘接性也不是很強(qiáng)。

近年來，利用含氟聚合物構(gòu)筑超疏水超疏油表面的文獻(xiàn)和專利較多，但是目前文獻(xiàn)報(bào)道的大部分還存在以下幾個問題：（1）含氟聚合物與基材表面之間的粘接力不強(qiáng)導(dǎo)致涂層的耐摩擦，耐洗滌性不強(qiáng)；（2）大多數(shù)方法條件苛刻、步驟繁瑣、成本高，而且不具備普適性；（3）構(gòu)筑超疏水超疏油所采用的含氟聚合物主要是油溶性的，這種油溶性含氟聚合物，需要用到大量的有機(jī)溶劑，不僅價格昂貴而且會對環(huán)境造成污染，不利于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。

因此，開發(fā)一種簡單且易于實(shí)現(xiàn)且綠色環(huán)保的方法構(gòu)筑超疏水超疏油表面，成為現(xiàn)代涂料及表面處理領(lǐng)域日益增長的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種具有普適性的超雙疏表面；

本發(fā)明的另一目的在于提供上述超雙疏表面的制備方法；

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種具有普適性的超雙疏表面，是將N組分溶解于溶劑P中，得到N溶液；再將M組分分散于N溶液中，隨后加入催化劑I，得到一種超雙疏水性涂料；最后將超雙疏水性涂料涂覆在基底材料表面，干燥，即得到具有普適性的超雙疏性表面；所述的N組分為一種水性含氟環(huán)氧樹脂，M組分為一種水分散性超雙疏微球。