[发明专利]一种超疏水涂层材料及其制备方法和超疏水涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水涂层材料及其制备方法，及其制备得到的超疏水涂层。

背景技术

超疏水表面以其疏水、防污、自清洁等特性备受人们的关注。这些特殊的性能使其在很多领域具有很大的应用价值，例如建筑物、轮船、洁具、卫星天线、电缆、玻璃等领域。事实上自然界中有很多材料具有超疏水和自清洁性能，例如荷叶、甘蓝叶等。德国生物学家Barthlott和Neihuis通过对叶子表面进行研究[Barthlott W，Neinhuis C.(“睡莲的洁净度或生物表面的避免污染现象”(Purity of the sacred lotus，or escape from contamination in biological surfaces.)，Planta，1997，202：1)]，认为这种自清洁的特征是由粗糙表面上的微米结构的乳突以及表面疏水的蜡状物质的存在共同引起的。

一般来说，超疏水性表面可以通过两种方式来实现[江雷，冯琳.仿生智能纳米界面材料.化学工业出版社，2007]：一种是在疏水表面构建粗糙结构；一种是在粗糙表面上修饰低表面能的物质。随着人们对超疏水表面的研究的不断深入，许多制备方法不断涌现，常见的方法有异相成核法、等离子体处理法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、气相沉积法、电化学法、交替沉积法、模版法、自组装法、溶剂-非溶剂法和直接成膜法等。

中国专利申请CN1854174A公开了一种超疏水聚合物薄膜的制备方法。将加热熔融的聚合物熔体或溶解在溶剂中的聚合物溶液倾倒在具有微米与纳米相结合结构的植物叶或花瓣表面，在室温下使聚合物熔体凝固，或使聚合物溶液中的溶剂挥发完全后，将聚合物薄膜从植物叶或花瓣上剥离，得到具有反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜。将所述的反植物叶或反花瓣表面结构的超疏水性聚合物薄膜作为模版再一次进行复制，得到类似植物叶或类似花瓣表面结构的超疏水聚合物薄膜。但是植物叶和花瓣作为模版受到季节的限制，制备方法繁琐复杂，难以实现工业化生产和应用。

专利WO2004090065公开了一种疏水表面及制备方法。其配方中含有特殊的成膜物质、粒子、溶剂等，混合均匀后，采用喷涂方法将混合物施于基材上，固化成膜即得到超疏水表面。但该疏水表面的滞后角较大，难以实现自清洁功能。

中国专利申请CN1613565公开了一种采用湿化学法在玻璃表面或单晶硅表面制得氧化锌微细结构表面，然后用分子自组装进行修饰获得超疏水表面的制备方法。但其应用的基材受到限制，且该膜的机械强度和超疏水性能的耐久性较差，大大地限制了它的应用。因此，本领域迫切需要开发一种机械强度高、耐久性及实用性强、制备方法简单、具有自清洁功能的超疏水涂层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有的超疏水涂层制备方法繁琐复杂、机械强度不高、耐久及实用性差等问题，提供了一种制备方法简单、机械强度较高、耐久及实用性较好、自清洁的超疏水涂层材料及其制备方法。本发明的超疏水涂层材料能在较宽温度范围内固化，适用于多种不同材质的基材，如金属、玻璃、高分子材料。

本发明的超疏水涂层材料包含：水与乳化剂或有机溶剂中的一种、具有三个以上硅氢键的聚硅氧烷化合物和固体粒子。

本发明中，所述的具有三个以上硅氢键的聚硅氧烷化合物由于在其聚合链端和/或侧链带有具有反应活性的硅氢键，可与固化剂、不饱和聚合物反应或自交联形成较高硬度的涂层，可将固体粒子固定在涂层上，由此实现机械强度较高、耐久性较好的疏水涂层。此外三个以上硅氢键的聚硅氧烷化合物在固化过程中放出氢气，使涂层表面的产生孔洞，此时空气成为涂层表面物质一部分，从而降低了涂层的表面能，有利于实现超疏水性能。

所述的具有三个以上硅氢键的聚硅氧烷化合物可以为任何现有的所含硅氢键数量大于或等于3的聚硅氧烷化合物，较佳地为具有三个以上硅氢键的下述聚合物中的一种或多种：(1)由如式I所示的结构单元形成的均聚物；(2)由如式I和式II所示的结构单元形成的无规、交替、嵌段和接枝共聚物，该共聚物为线性或环状共聚物；和(3)由上述(1)和(2)的聚合物中的一种或多种形成的交联共聚物。上述聚合物中，线性或交联聚合物的封端基可为常规的封端基，较佳的为由氢、羟基、C₁-C₁₀的烷氧基和C₁-C₁₀的烃基中的一种或多种取代的硅烷基。

式I                                 式II