[發(fā)明專利]一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法、應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210049774.8
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN114535026B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳楠;孟蕓蕓;邢素麗;尹昌平;江華陽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B05D5/00
• 分類號(hào): B05D5/00;B05D5/02;B05D7/24;B05D1/04;C09D163/02;C09D7/62
• 代理公司: 長沙國科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 陳俊好

本發(fā)明公開一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法、應(yīng)用，該方法通過高壓靜電噴涂“樹脂+顆?！被旌弦褐苽涑杷繉?，涂層表面具有仿荷葉狀堅(jiān)固的錐形微米級(jí)凸起和納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)。噴涂過程中高壓靜電將液滴霧化為20～100nm的帶電霧滴，帶電霧滴在高壓電場力的作用下組裝堆疊形成致密的高魯棒性超疏水涂層本發(fā)明提供的制備方法簡單易行且不受樹脂體系和納米顆粒種類的限制，適合大面積工業(yè)生產(chǎn)。所制備的涂層具有優(yōu)異的超疏水性和空氣層穩(wěn)定性，在超聲作用、高靜態(tài)水壓作用下仍保持良好的超疏水性，可應(yīng)用在船舶、潛艇、鉆井平臺(tái)等海洋設(shè)備的防水、防污、防腐及防生物膜粘附等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超疏水涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

眾所周知，超疏水材料需要構(gòu)筑其低表面能和微納二級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)。超疏水表面總是存在不同尺度的孔隙，這些孔隙與水接觸時(shí)構(gòu)成了界面的空氣墊，進(jìn)而“托舉”起液滴形成超疏水狀態(tài)。通過一些簡單便攜的方法如空氣噴涂、浸涂、刷涂等制備的超疏水微觀結(jié)構(gòu)往往具有較大的孔隙，凸起結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和致密性較差，這是超疏水材料耐久性差的一個(gè)主要原因。

現(xiàn)有的超疏水材料制備方法中，空氣噴涂由于工藝簡單而被廣泛應(yīng)用?？諝鈬娡渴抢脡嚎s空氣從噴嘴噴出產(chǎn)生的負(fù)壓吸入漿料，之后與壓縮空氣充分混合，然后從噴嘴吹出形成噴霧噴向被涂物表面，形成涂膜?？諝鈬娡康目諝忪F化效果不夠，霧滴顆粒較大，所得超疏水微結(jié)構(gòu)不夠精細(xì)和致密，其機(jī)械耐久性和空氣層穩(wěn)定性不足。因此如何通過調(diào)節(jié)沉積的液滴參數(shù)得到精細(xì)、致密、堅(jiān)固的微納二級(jí)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法、應(yīng)用，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中超疏水微結(jié)構(gòu)不夠精細(xì)、以及空氣層穩(wěn)定性不足等缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1：將納米顆粒分散于氟硅烷溶液中，利用酸性水溶液調(diào)節(jié)pH至4～6，加熱攪拌，得到疏水納米顆粒；

S2：按質(zhì)量比1:0.15～1稱取樹脂和所述疏水納米顆粒，將所述樹脂和疏水納米顆粒分散在有機(jī)溶劑中，加入助劑，攪拌混勻，得到混合液；

S3：以所述混合液為原料，利用靜電噴霧在基材上形成涂料層，加熱固化，得到超疏水涂層。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層，由上述所述制備方法制備得到；所述超疏水涂層表面具有錐形微米級(jí)凸起，所述錐狀微米級(jí)凸起表面具有納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)；所述納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)與水的接觸角在150～170°之間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層的應(yīng)用，將上述所述制備方法制備得到的超疏水涂層或者上述所述的超疏水涂層應(yīng)用于水下減阻、防污、防腐以及防生物膜粘附中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果有：

1、本發(fā)明提供的高魯棒性仿荷葉結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法通過“樹脂+顆?！钡幕旌弦红o電噴霧制備涂層，通過靜電力的調(diào)控和組裝作用可使得細(xì)小噴霧自發(fā)沉積組裝為“金字塔”狀錐形微米級(jí)凸起，該錐狀微米級(jí)凸起表面具有納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，二者共同構(gòu)成了超疏水性必需的微納二級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)。由于傳統(tǒng)靜電紡絲制備超疏水織物或空氣噴霧制備超疏水涂層的方法制備的微納結(jié)構(gòu)難以精確調(diào)控，而本發(fā)明采用高壓靜電噴霧作為制備手段，不僅可以將液滴霧化到20～100nm尺度，而且在噴霧飛行沉積的過程中，在電場的調(diào)控下發(fā)生組裝性的堆疊，最終形成精細(xì)的微結(jié)構(gòu)，整個(gè)過程高效且快速，僅10min左右即可制備約10cm×10cm的高耐久性超疏水表面。本發(fā)明提供的制備方法簡單易行，所需時(shí)間較短，適合大面積工業(yè)生產(chǎn)。