一種無機物超疏水涂料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及疏水涂層材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水涂料的制備W及涂層 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 超疏水性能是指物體表面對水接觸角大于150°。荷葉出齡泥而不染的自清潔 性能、蛾翅膀表面的自清潔性能、水雖的腿在水面上自由行走而不下沉、魚體表面在油污 污染的水中保持自身清潔等一系列自然界中的超疏水現(xiàn)象引起了許多學(xué)者的極大關(guān)注。 Barthlott 等人證實[W.Barthlott,et al.Planta, 1997, 202:1.]，自然表面的超疏水性 是他們的雙尺度結(jié)構(gòu)（微納結(jié)構(gòu)）的協(xié)同效應(yīng)W及相關(guān)材料的低表面自由能組合的結(jié) 果。該種特殊潤濕性能相關(guān)的"自清潔"能力制備出的超疏水性涂料在防污巧.Weibel，et al. J. Phys. Qiem. C, 2010, 114, 13219.]、防水、防腐蝕[D. Weibel, et al. J. Phys. Qiem. C, 2010, 114, 13219.]、流體減阻、油水分離[R. M. Jisr, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed.，2005, 44:782.]、生物醫(yī)用[M. T. Khorasani, et al. Appl. Polym. Sci.，2004, 91:2042.] 等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。
[0003] 江雷等人[L. Jiang, et al.化1:腳6, 2004, 432:36.]認為，超疏水性表面可W 通過兩種方式來實現(xiàn)；一種是在疏水表面構(gòu)建粗趟結(jié)構(gòu)；一種是在粗趟表面上修飾低 表面能物質(zhì)。隨著人們對于超疏水表面研究的不斷深入，許多制備方法不斷涌現(xiàn)，目 前常見的方法有：刻蝕技術(shù)，化ao等人采用復(fù)雜的光刻法在單晶娃表面構(gòu)建微納結(jié)構(gòu) 出.化3〇, et al. Langmuir, 2011, 27, 5927.]、模板技術(shù)，Jiang等人采用陽極氧化鉛膜為 模板[L. Jiang, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed. , 2003, 42:800.]、自組裝技術(shù)[R. M. Jisr, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed. , 2005, 44:782.]、沉積技術(shù)[C. P. Ruan, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed.，2014, 53, 5556.]等，該些制備或生產(chǎn)過程對基底的選擇有嚴格的限制的同時，不僅都 采用了昂貴的低表面能物質(zhì)對材料表面進行改性修飾，而且制備過程繁復(fù)，工藝復(fù)雜嚴苛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為針對當(dāng)前技術(shù)中存在的成本昂貴、使用受限等不足，提供低成本 原料制備技術(shù)，應(yīng)用范圍廣泛的超疏水涂料。采用無機物進行微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，并選 擇不同的膠黏劑為內(nèi)涂層將制備的微納結(jié)構(gòu)粘結(jié)于不同基底上，通過模板法制備具有微納 結(jié)構(gòu)的多面體超疏水涂料為外涂層，通過內(nèi)外涂層的相互粘合，所得涂層最大靜態(tài)接觸角 162.0°，滾動角小于5°，達到超疏水條件。該外涂層具有微觀納米結(jié)構(gòu)凹槽及孔洞，當(dāng)液 滴與粗趟表面接觸時，該些凹槽及孔洞中的空氣與多面體共同決定了該涂層的浸潤性。由 于表面張力的作用液滴無法滲入到粗趟結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，而是架在微納結(jié)構(gòu)與空氣之上，呈現(xiàn) 超疏水現(xiàn)象。對于該種情況，符合現(xiàn)今公認的化ssie-Baxter模型。本發(fā)明中涂料的制備 操作簡單、成本低廉，制備過程中無需光刻、電化學(xué)沉積等繁瑣復(fù)雜過程，無需昂貴設(shè)備及 嚴苛工藝條件。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 1) -種無機物超疏水涂料，該材料由W下方法制得，包括W下步驟：
[0007] 將娃溶膠負壓條件（壓力為低于大氣壓0.1 MPa，W下步驟及實施案例負壓及真空 壓力同此條件）下注入裝有納米微球模板的反應(yīng)器中，浸沒模板化，然后將反應(yīng)器密封并 放入恒溫箱中，6(TC反應(yīng)12h，選擇升溫或者水浸泡去除模板，得到固態(tài)塊狀微納復(fù)合多面 體，待所得塊狀微納復(fù)合多面體干燥后，將其充分研磨至粉末；取粉末倒入另一反應(yīng)器中， 加入分散液丙麗，再在25~5(TC下加入低表面能娃焼偶聯(lián)劑改性，反應(yīng)10~15h，再通過 揮發(fā)使微納復(fù)合多面體粉末質(zhì)量濃度百分數(shù)為0. 5%~20%，即制備得超疏水涂料；
[0008] 其中物料配比（質(zhì)量比）為微納復(fù)合多面體粉末；分散液：娃焼偶聯(lián)劑=1; 10-100 ：0.1-10. 0 ；
[0009] 所述步驟1)中模板包括聚丙帰醜胺（PAM)納米微球、聚甲基丙帰酸甲醋（PMMA) 納米微球或聚苯己帰（P巧納米微球，其中各模板的制備為公知技術(shù)；
[0010] 所述的粉末粒徑分布范圍為100nm-5000nm ;
[0011] 所述步驟1)中娃溶膠的制備方法，包括W下步驟；將正娃酸己醋（TE0巧、無水己 醇巧tOH)、去離子水化2〇)和濃鹽酸（肥1)混合后于6(TC下水解反應(yīng)化所得，其物料配比 (體積比）為正娃酸己醋（TE0巧：無水己醇巧toH):去離子水化0):濃鹽酸化a) = 1 ; 1-5 ;0. 1-0. 5 ;0. 05-0. 5 ;其中濃鹽酸的濃度為37% (質(zhì)量分數(shù)）；
[0012] 所述步驟1)中所用娃焼偶聯(lián)劑為辛基娃焼、全氣辛基H甲氧基娃焼、全氣辛基H 己氧基娃焼、全氣癸基H甲氧基娃焼、全氣癸基H己氧基娃焼、H氣丙焼H甲氧基娃焼、六 甲基二娃氮焼或八甲基環(huán)四娃氧焼；
[0013] 2)所述的無機物超疏水涂料的應(yīng)用方法，用于超疏水涂層的構(gòu)筑，包括W下步 驟：
[0014] 首先，將內(nèi)涂層溶液涂覆于基體材料表面，待固化后，采用噴涂法將作為外涂層的 所制超疏水涂料涂覆于內(nèi)涂層之上，待外涂層的分散液揮發(fā)完全，即構(gòu)成超疏水涂層；
[0015] 所述內(nèi)涂層涂覆材料的基體材料為木材、金屬、水泥、織物、塑料或玻璃；
[0016] 所述內(nèi)涂層為膠黏劑材料，具體為環(huán)氧樹脂（EP)、下苯橡膠（S邸巧、脈酵樹脂 扣巧、聚氨醋（PU)、聚醋酸己帰醋（PVAc)或聚己帰醇（PVA)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為；本發(fā)明可涂覆于多種常用材料表面，涂料制備方法簡潔，且 獲得的超疏水表面具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，故此本發(fā)明制備的超疏水涂料在許多領(lǐng)域具有良好 的應(yīng)用前景：
[0018] (1)本發(fā)明的超疏水涂料可涂覆與木材、金屬、水泥、織物、塑料、玻璃表面，具有良 好流體減阻能力、超強的"自清潔"防水防污效果，實例一中對涂覆超疏水涂料的玻璃、水泥 表面進行了防污測試；
[0019] (2)本發(fā)明拓展了超疏水涂料的使用范圍，該是因為該涂層可W粘結(jié)在不同的膠 黏劑上，如環(huán)氧樹脂、下苯橡膠、脈酵樹脂、聚氨醋、聚醋酸己帰醋或聚己帰醇，根據(jù)使用環(huán) 境選擇不同的基底材料，通過膠黏劑與基底材料的不同組合，使用范圍拓寬，可涂覆于不同 材質(zhì)的表面，具有良好流體減阻能力、超強的"自清潔"防水防污效果；此外涂料涂覆于不同 的內(nèi)涂層均能呈現(xiàn)出優(yōu)良的粘合效果；目前，該方法目前未見國內(nèi)外相關(guān)報道；
[0020] (3)本發(fā)明在粘結(jié)過程中，微觀粗趟結(jié)構(gòu)有很大貢獻，液態(tài)或半固態(tài)膠黏劑接觸到 納米結(jié)構(gòu)凹槽與孔洞時，納米孔道的通透性使得微納結(jié)構(gòu)多面體部分包埋于膠黏劑中，宏 觀上呈現(xiàn)出優(yōu)良的粘合效果，實例一和實例二中分別對涂覆超疏水涂料的玻璃、水泥表面 進行了防污測試的同時也對其循環(huán)使用進行了測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)泥漿污染10次后，超疏水表面 仍然干凈，涂覆超疏水涂料的載玻片最大靜態(tài)接觸角達到162.0°，滾動角小于5° ;
[0021] (4)本發(fā)明操作簡單、成本低廉，且具有優(yōu)異、穩(wěn)定的超疏水性能，制備過程中無需 光刻、電化學(xué)沉積等復(fù)雜過程，無需昂貴設(shè)備及嚴苛工藝條件，具有良好的工業(yè)發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0022] 1)圖1為實施例一步驟（1)所構(gòu)筑超疏水涂層的微觀結(jié)構(gòu)SEM照片；
[0023] 2)圖2為實施例一步驟（2)所構(gòu)筑超疏水涂層的光學(xué)照片，其中，右上角插圖為該 涂層的靜態(tài)接觸角測試照片，最大靜態(tài)接觸角達到162.0° ;
[0024] 3)圖3為實施例一步驟（2)所構(gòu)筑的玻璃基底涂覆超疏水涂層（右）與未涂覆超 疏水涂層（左）經(jīng)泥漿多次污染的對比照片；
[0025] 4)圖4為實施例一中微納多面體在水泥基底上所構(gòu)筑的超疏水涂層（右）與未涂 覆超疏水涂層（左）經(jīng)泥漿污染后的實物照片；
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步