[發(fā)明專利]一種聚偏氟乙烯超疏水自清潔涂層及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410023943.6
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN104774511A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李先鋒;周沖;肖長發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: C09D127/16
• 分類號: C09D127/16;C09D7/00;C09D7/12
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及超疏水結(jié)構(gòu)的制備方法，特別涉及聚偏氟乙烯超疏水自清潔涂層的制備方法，屬于涂層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超疏水表面一般指的是水滴在固體表面所形成的靜態(tài)接觸角大于150°同時其滾動角小于10°的表面。超疏水表面有利于水珠在其表面的形成以及滾動，水珠在自由滾落時可以將表面上的污染物一起帶走，從而實現(xiàn)自清潔功能，因而其具有防水、防冰、防霧、防塵、防污以及防止輸電線路經(jīng)常產(chǎn)生的電暈噪聲等功能，在光學領(lǐng)域、工業(yè)防銹領(lǐng)域、電池領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域和生活領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，具有超疏水效果的涂層可以稱之為超疏水自清潔涂層。由經(jīng)典的楊氏方程和Wenzel以及Cassie理論可知，超疏水自清潔涂層的制備策略分為兩種：一種是在材料表面構(gòu)建微納米雙層次的粗糙結(jié)構(gòu)，例如采用溶液相轉(zhuǎn)化、溶膠-凝膠法、模板法、溶劑-非溶劑法、靜電紡絲法、沉積法、刻蝕法等方法來構(gòu)建粗糙表面；另一種是在粗糙表面上修飾低表面能組分，將含氟單體或者有機硅氧烷進行自聚、接枝、共聚等技術(shù)來構(gòu)造一系列的低表面能組分。然而許多方法因涉及到了特定的設(shè)備和苛刻的條件，制備超疏水自清潔涂層的成本相對較高，難以用于超疏水自清潔涂層的大規(guī)模生產(chǎn)，同時制備的超疏水自清潔涂層強度低，涂層的總體性能差。

在制備超疏水材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)作為一種新型半結(jié)晶的氟碳熱塑性塑料擁有極好的耐氣候性和化學穩(wěn)定性，如可以抵抗紫外線照射引起的降解和大氣中化學物質(zhì)的損傷，并可以一定程度的抵抗海藻類菌和真菌的侵蝕，而且具有優(yōu)良的耐溶劑的性能。所以聚偏氟乙烯(PVDF)材料的用途極廣，可以普遍用于建筑、紡織和玻璃品等基材的表面。聚偏氟乙烯材料雖然擁有一定的疏水效果，但在一般制備方法中，其自清潔性能較差，長期的使用其表面的污染問題仍然非常嚴重。人們通過對表面進行修飾或者使用特定的方法制備獲得了較高的接觸角，在使用中僅靠水的沖刷就能保持良好的防污性能，例如Wu等(Wu?T?F，?et?al.Colloids?and?Surfaces?A：Physicochemical?and?Engineering?Aspects，2011，384：47-52)采用了相分離的方法，將PVDF與多孔碳納米管(MWCNT)混入二甲基乙酰胺的溶劑中，改變外界條件，使MWCNT與PVDF得以固化，得到了二者的超疏水涂層，在電鏡下發(fā)現(xiàn)其表面由尺寸均一的多孔的粗糙結(jié)構(gòu)組成，在宏觀上表現(xiàn)出不錯的超疏水效果，但是其強度低。Mao等(Mao?P，et?al.Journal?ofapplied?polymer?science，2005，98：1358-1363)以PVDF為原料，采用相分離的方法制備了具有瘤狀結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)，通過改變凝固浴組成與凝膠方法，控制表面結(jié)構(gòu)組成，得到了接觸角超過150°的PVDF薄膜，然而這種方法制備的表面超疏水性能不太穩(wěn)定，接觸角變化較大。

雖然在眾多科研人員的努力下，已經(jīng)研究出了許多效果不錯的超疏水自清潔涂層，然而人工制備的超疏水自清潔涂層仍然面臨著耐候性不佳、機械性能差、使用壽命短、制備成本高、工藝復雜等問題，難以規(guī)模化生產(chǎn)。發(fā)明人近年來對PVDF材料成形技術(shù)進行了深入研究，得到了不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的PVDF材料(Xianfeng?Li，et?al.ACS?Applied?Materials&Interfaces，2013，5：5430-5435；Journal?of?Membrane?Science，2008，320：477-482；Journal?ofApplied?Polymer?Science，2006,101：2944-2952)。取得了較好的研究結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，特別是制備成本高、工藝復雜、設(shè)備昂貴的問題。本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種聚偏氟乙烯超疏水自清潔涂層及其制備方法。所述的方法具有良好的可控性、一次成型、工藝簡單、成本低的優(yōu)點，而且所制備的超疏水自清潔涂層具有優(yōu)異的疏水角及自清潔性能。

本發(fā)明提供的聚偏氟乙烯超疏水自清潔涂層制備方法的技術(shù)方案是：借鑒熱致相分離理論，制備表面具有微納米結(jié)構(gòu)的超疏水自清潔涂層。該方法具體包括一下步驟：

聚偏氟乙烯溶液的制備：

具體為將質(zhì)量含量為5～40％聚偏氟乙烯加入到含有溶劑與稀釋劑的混合溶液中，在50～140℃條件下攪拌溶解1～4h，得到均相的溶液，在電熱鼓風干燥箱中靜置脫泡48h，待用；超疏水自清潔涂層制備方法一：