[發明專利]一種聚苯乙烯耐磨損一體化超疏水涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201611073113.X
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106752424B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 郭凱;李辛庚;李艷萍;吳亞平;王曉明;閆風潔
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司技術學院分公司;國家電網有限公司
• 主分類號: C09D125/06
• 分類號: C09D125/06;C09D7/00;C09D5/08;C09D7/62;C09D7/65
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種聚苯乙烯耐磨損一體化超疏水涂層及其制備方法，通過聚苯乙烯改性處理，添加交聯劑(聚四氟乙烯)，改性劑與KH792改性后的納米二氧化硅粒子混合，形成具有硬度高、耐磨性好、結合力強且兼具“微米聚苯乙烯?納米二氧化硅結構”的超雙疏涂層。該結構由乳液狀態和聚苯乙烯和凝膠狀態二氧化硅，通過嵌段交聯，將納米二氧化硅與微米聚苯乙烯進行重塑構建，實現涂層耐磨損性能顯著提高，通過聚苯乙烯與二氧化硅之間的鍵合反應，使每一單層“微米聚苯乙烯?納米二氧化硅結構”間具有較好的結合力，且每種結構均具有超雙疏性能，實現涂層的耐磨性極大提高，且能夠一體化制備，對聚苯乙烯耐磨損具有理論上的顛覆和技術上的突破。

技術領域

本發明涉及超雙疏復合涂層領域，特別涉及一種聚苯乙烯耐磨損一體化超疏水涂層及其制備方法。

背景技術

在二十世紀九十年代初，德國生物學家通過對幾百種植物葉面進行研究，認為這種自清潔的特征是有粗糙表面上微米的乳突以及表面疏水性的蠟質的存在共同引起的。荷葉表面微觀形貌的掃描電鏡照片通過對荷葉表面進行掃描電鏡分析可知，荷葉表面有許多乳頭狀凸起，如圖1(a)乳頭狀的突起又被許多納米尺度的蠟狀晶體所覆蓋，如圖1(b)。在這些微小的凹凸之間，儲存著大量的空氣。這樣，當水滴到荷葉上時，由于空氣層、乳頭狀突起和蠟質層的共同托持作用，使得水滴不能滲透，因而能自由滾動。荷葉表面具有自清潔性能，可以很容易的帶走污染物，效果如圖1(c)。

超疏水表面的研究在近幾年獲得飛速發展，目前已經開發出多種超疏水表面制作技術，制備出許多性能優異的超疏水性表面，但是在獲得廣泛應用之前還有許多問題需要進行深入研究探討。

(1)穩定性差，超疏水表面具有微細的粗糙結構，容易受加工和使用過程中的沖擊、摩擦等作用而損壞，特別是許多超疏水材料表層的微細結構跟基底材料沒有大的粘結力很容易脫落，從而嚴重影響超疏水性能。

(2)老化問題，超疏水表面在外界環境中容易受到灰塵，油性物質等污染，逐漸失去超疏水性能。而對這些污染物的清洗非常困難，清洗過程中的作用力易導致表面微細結構的破壞。現有方法都還不能完全解決老化失效的難題。。

(3)制備成本問題，采用簡單有效、價格低廉、環境友好的方法制備具有耐磨損的超疏水涂層工業生產的必然趨勢。

同時由于大多數污染物都是油溶性的，因此，具有超雙疏性質的自清潔表面，比僅具超疏水效果的表面有更大的市場應用前景。

通過對表面化學組成和微觀粗糙結構的巧妙設計，目前已有制備超雙疏涂層的相關文獻報道。超雙疏表面的設計方案主要基于以下兩種原理:一是依靠氟原子遷移至表面，使表面具有極低的表面能，油污不易在其表面粘接；二是依靠光催化降解作用，使有機油污分解。超疏水表面在使用過程中，當受到磨損或油污污染微觀結構遭到破壞時，表面粗糙度會降低，從而引起接觸角減小；另外，表面磨損也會使低表面能物質逐漸減少，表面的化學組成發生改變，導致超疏水表面的疏水性能降低或喪失。

Yao Lu(Robust self-cleaning surfaces that function when exposed toeither air or oil,Science,2015,347(6226):1132-1135)等發現通過在基體材料表面刷涂雙面膠，后再表面噴涂改性二氧化鈦，獲得具有優異耐磨性的超雙疏涂層，但其需通過兩步操作：1，基體噴涂雙面膠(類似底漆)；2，在雙面膠表面噴涂改性二氧化鈦(類似面漆)。對于長距離、大表面的基體材料，此種操作易對底漆造成破壞，從而降低了超雙疏涂層的使用性能。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的聚苯乙烯超雙涂層工藝要求高、耐磨損性能差、結合能力低，且難以實現一體化制備、無法修復等技術問題，本發明的目的是提供一種聚苯乙烯耐磨損一體化超疏水涂層及其制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：