[發(fā)明專利]一種具有微納層級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水涂料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010946139.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112048225B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 趙瑋
• 主分類號(hào): C09D151/00
• 分類號(hào): C09D151/00;C09D7/20;C08F265/04;C08F212/08;C08F212/14;C08F2/18;D06N3/04
• 代理公司: 北京中知星原知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開(kāi)

本發(fā)明提供了一種具有微納層級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水涂料，包括如下原料：兩種以上的不同形貌的聚合物的分散液，水性交聯(lián)劑，溶劑；所述聚合物為核?殼結(jié)構(gòu)，核為含有芳環(huán)的聚合物，殼為具有低表面能的聚合物。所述不同形貌的聚合物為核?殼結(jié)構(gòu)，核為聚苯乙烯鏈段，殼為含氟的大分子鏈轉(zhuǎn)移劑，聚合物形貌包括納米微球、納米線、囊泡，多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)等。當(dāng)兩種以上不同形貌的聚合物分散液與水性交聯(lián)劑、助劑等配制得到的涂料涂敷于基材表面，可在其表面形成一層致密的聚合物薄膜，該薄膜具有微納米層級(jí)結(jié)構(gòu)，具有超疏水、耐磨擦、耐酸堿，附著力高的優(yōu)越性能。本發(fā)明產(chǎn)品和方法節(jié)能環(huán)保，易于施工，適合商業(yè)化推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涂料和超疏水材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種具有微納層級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水涂料及其制備方法。

背景技術(shù)

自上世紀(jì)70年代荷葉的超疏水自清潔效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，仿生超疏水和超疏油便迅速成為一個(gè)具有巨大實(shí)際應(yīng)用潛力的研究領(lǐng)域。也作為一個(gè)仿生學(xué)的生動(dòng)例子在自然和技術(shù)之間搭起了一道橋梁。尤其在新材料研發(fā)方面，超疏水表面因其優(yōu)秀的疏水性能和廣泛的應(yīng)用前景，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。

固體表面的浸潤(rùn)性由其化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面微觀結(jié)構(gòu)共同決定。接觸角和滾動(dòng)角是評(píng)價(jià)固體表面潤(rùn)濕性的重要參數(shù)，超疏水性表面一般是指與水的接觸角大于150°，同時(shí)滾動(dòng)角小于10°的一種界面性能。從固體表面化學(xué)組成角度出發(fā)，固體表面自由能越大，就越容易被液體所潤(rùn)濕，因此，超疏水表面的制備通常需在表面覆蓋氟碳鏈或有機(jī)硅烷鏈來(lái)降低表面能，但是在光滑表面上采用化學(xué)方法來(lái)調(diào)節(jié)表面自由能，通常僅能有限的使接觸角增加到120°而不能更高。要達(dá)到更高的接觸角，就必須設(shè)計(jì)材料表面的微觀結(jié)構(gòu)，具有微米-納米的雙微觀復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效提高疏(親)水表面的疏(親)水性能。近年來(lái)，隨著表面層級(jí)結(jié)構(gòu)概念的提出和印證，利用低表面能的化合物構(gòu)造具有微觀層級(jí)結(jié)構(gòu)的表面可進(jìn)一步增大涂層的疏水角度，從而達(dá)到超疏水甚至超疏油的性能。

目前，多種技術(shù)(如靜電紡絲、離子刻蝕、光刻、溶膠-凝膠法、相分離和化學(xué)氣相沉積法)被用于制備仿生超疏水表面。采用這些技術(shù)制備的表面具有精確的微納結(jié)構(gòu)，但這些技術(shù)多數(shù)存在工藝繁瑣、條件苛刻、成本高和選材范圍窄等問(wèn)題，很難應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活中。

CN111500144A公開(kāi)了一種納米SiO₂接枝丙烯酸樹(shù)脂的超疏水涂層，制備方法是：(1)向反應(yīng)瓶中加入二氯甲烷溶劑和納米SiO₂，超聲分散均勻后加入三硫代碳酸酯、4-二甲氨基吡啶和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽，置于恒溫水浴鍋中在30-40℃恒溫下反應(yīng)24-36h，將溶液減壓蒸餾，使用甲醇洗滌固體產(chǎn)物并干燥，制備得到三硫代碳酸酯化納米SiO₂。(2)向反應(yīng)瓶中加入1,4-二氧六環(huán)溶劑、乳化劑OP-10和十二烷基苯磺酸鈉，以及甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸，進(jìn)行高速乳化過(guò)程，形成聚合單體乳液。(3)在氮?dú)夥諊校蚍磻?yīng)瓶中加入1/3體積的聚合單體乳液，加熱至65-75℃，緩慢滴加引發(fā)劑偶氮二異丁腈的1,4-二氧六環(huán)溶液，勻速攪拌反應(yīng)30-60min，再加入剩余2/3體積的聚合單體乳液、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸十二氟庚酯，勻速攪拌反應(yīng)20-30h，將溶液倒入成膜模具中，自然流延并干燥成膜，制備得到納米SiO₂接枝丙烯酸樹(shù)脂的超疏水防腐涂層。

CN111534190A公開(kāi)了一種雙響應(yīng)自修復(fù)超疏水涂層材料，包括：(a)至少一種為負(fù)載疏水性物質(zhì)的聚多巴胺復(fù)合微球，(b)至少一種涂膜接觸角大于90度的基體樹(shù)脂，(c)非必須溶劑，(d)非必須粉體，(e)非必須助劑；各組分重量百分比為：負(fù)載疏水性物質(zhì)的聚多巴胺復(fù)合微球1-50％，基體樹(shù)脂10-80％，溶劑0-80％，粉體0-50％，助劑0-20％，其總重量滿足100％；將載疏水性物質(zhì)的聚多巴胺復(fù)合微球、基體樹(shù)脂、溶劑0-80％和助劑0-20％共混來(lái)制備涂料，成膜后涂層的接觸角大于150°、滾動(dòng)角小于10°；當(dāng)涂層受到環(huán)境破壞而失去超疏水性時(shí)，通過(guò)外界刺激，可使聚多巴胺復(fù)合微球中包覆的疏水性物質(zhì)釋放，實(shí)現(xiàn)超疏水涂層材料的自修復(fù)。