[发明专利]一种具有高分散性和粘结性的含氟纳米微球及超双疏表面

说明书

技术领域

本发明属于高分子超双疏材料领域，具体涉及一种具有高分散性和粘结性的含氟纳米微球及其制备方法，及由该含氟纳米微球制备的超双疏表面。

背景技术

超疏水表面是指那些表面静态接触角大于150°的固体表面。这种特殊的疏水状态(性质)，被称为超疏水状态(性质)。若某一表面上的水和油的静态接触角都大于150°且其滚动角都小于5°，则该界面可称之为超双疏界面。

超双疏材料可广泛应用于建筑建材电力、军事、纺织、皮革、包装材料、厨卫用具、输油管道、金属加工等生产生活的各个方面。因此具有十分广阔的应用前景。目前国内外已经有许多科研工作者开始这方面的研究，因此也形成了许多相关方面的科研成果。就目前的文献和专利报道来讲，超双疏材料的制备方法主要有如下几种：(1)电化学腐蚀法；(2)气相沉积法；(3)相分离法；(4)电化学沉积法；(5)自组装法等。尽管制备的方法多种多样，但是最基本的原理是相同的，也就是采用不同的方法构筑一层具有低表面能的粗糙度表面。有无含氟材料具有低的表面性能，因此，具有微纳粗糙材料表面接枝上一层具有低表面能效果的含氟化合物或含氟聚合物的薄膜，成为制备超双疏材料中的最为经济有效的方法。

美国专利US2007028395中提出，采用选定一种含氟聚合物或氟含低分子化合物，对纺织物进行处理，使得处理之后所得的织物具有较好的疏水疏油性。

专利WO2011001036-A1；FI200905752-A中，先用具有纤维素组成的材料(cellulosic material)或金属氧化物制备成一种气胶囊(aerogel)，然后再采用一些低表面能的改性剂(主要是指含氟或者含硅的化合物)对这种胶囊进行处理，然后就可以获得一种具有超双疏效果的气胶囊。这种超双疏材料可应用在一些防腐防污的表面，如纺织物、包装材料、农用薄膜、指纹机及自清洁材料等表面上。这一方法的工艺相对比较复杂、成本较高、比较适合做防腐防污表面，不适合制备超双疏材料。

专利CN102021628A提出了一种金属钛或钛合金超疏油表面的制备方法。主要是将钛或者钛合金表面进行一次阳极氧化处理后得到微米结构粗糙表面，然后再通过二次阳极氧化在微米结构上形成一层二氧化钛纳米管阵列结构，然后经过低表面能物质的修饰作用得到超疏油和超双疏表面。虽然以上方法原料简单易得，但需要整体表面经过电化学反应，同时表面为低表面能的单分子层，易于受到污染或者损毁。还有处理的表面单一，只能处理金属表面，工艺复杂、不能大面积使用等。

就国内的相关研究来讲，有不少利用含氟聚合物在粗糙表面构筑超疏水的专利，如专利CN200610029160.4，一种荷叶效应自清洁氟碳涂料，是属于自清洁涂料技术领域，具体涉及一种荷叶效应自清洁氟碳涂料。该自清洁氟碳涂料主要由有机硅改性氟碳树脂、固化剂、疏水粒子、颜料、填料、助剂和溶剂组成。该发明提供的自清洁涂料，按照常规双组分涂料配制方法配制，可常温固化并得到高耐污染、高耐候，且具备自清洁功能的涂膜。本发明只有具有疏水性，而不具备疏油性，因此无法构筑超双疏界面。

专利CN200610042148.7介绍了一种氟硅超双疏不粘涂料，该发明涉及一种含氟硅材料的不粘涂料，这种不粘涂料主要是由固化剂(缩二脲)，氟碳树脂(四氟乙烯)，有机硅树脂(端羟基有机硅树脂)，颜填料，硅微粉，氟微粉等按照一定比例组成的。本发明的不粘涂料具有不粘性能好、常温干燥、耐老化、易于施工的优点。这种方法构筑超双疏材料的性能不是很优异，其疏水疏油性相对来讲不够优异，主要因为其中的氟碳树脂的表面能相对来讲还没有达到超双疏材料对表面能的要求。

专利201110131477.X提出了一种含氟双功能微球的制备方法，并以此为基础构筑超双疏表面。主要方法是制备一种含有多种官能团的纳米或微米级粒子，使其表面不仅含有含氟化合物，还有能够与基质反应而形成共价键的基团，再将这种表面接枝有含氟化合物和可与基质进行化学键合的纳米或微米微球喷涂在基材表面，并以此构筑超双疏界面。该发明所制备的涂层具有非常优异的超双疏特性，同时，由于该法采用共价键与基材表面进行键合，从而使得超双疏性能具有非常优异的耐久性，可望规模化应用。但是，该法需要处理的表面含有活性基团(如羟基、羧基、氨基等)，同时，该方法中需要用到含氟溶剂实现纳米微球的分散，因此，适用范围受到一定限制。