[发明专利]利用喷涂技术制备自修复超疏水涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于自修复和超疏水涂层制备技术领域，具体涉及一种利用喷涂技术制备具有自修复超疏水涂层的方法。

背景技术

超疏水现象在自然界非常广泛，很多植物、动物、昆虫都具有超疏水的表面。超疏水表面一般指接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。科学研究表明，超疏水性质是由粗糙的表面结构和较低的表面能这两方面因素共同决定的。超疏水表面具有很多独特的表面特性：如自清洁性、防污性、疏水性等，使得其在生活、生产领域都具有巨大的应用前景。

然而在自然环境中，超疏水表面很容易遭到破坏：一方面是由于紫外线或酸雨对超疏水表面的低表面能物质的破坏，另一方面是由于风沙、动物的抓划破坏了超疏水表面的结构。具有超疏水性质的植物或动物可以通过分泌蜡质或油脂来修复受损的超疏水表面。然而对于人造超疏水表面来说，要想恢复被破坏的超疏水性就必须对其重新喷涂低表面能的材料，甚至重新更换超疏水涂层，从而造成了额外的支出和人力劳动。

将自然界普遍存在的自修复功能引入到超疏水涂层当中，一旦涂层表面的低表面能物质被紫外线或酸雨分解甚至被外力刮走，涂层内部的低表面能分子能够自发的渗透出来，对受损的超疏水表面进行修复，从而延长了超疏水表面的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是利用喷涂技术制备一种能够自行修复其超疏水能力的涂层，从而有效地延长超疏水涂层的使用寿命。一旦涂层表面的低表面能物质被紫外线或酸雨分解甚至被外力刮走，涂层内部的低表面能分子能够自发的渗透出来，对受损的超疏水表面进行修复。

本发明所述方法的步骤如下：

1．基底的处理：本发明所述方法不受基底的形状、大小和种类的影响，平面、曲面或不规则的硅片、金属（如铁、铝、或铝合金）、玻璃(石英或普通玻璃)或各种塑料均可作为基底使用，在喷涂涂层前分别使用乙醇和蒸馏水对基底表面进行清洗，以去除基底表面上的油脂和污物等杂质，自然干燥；

2．涂层溶液的制备：将浓度为0.1～10mg/mL的阴离子聚合物A的去离子水溶液与浓度为0.1~10mg/mL的阳离子聚合物的去离子水溶液以阴离子和阳离子重复单元摩尔比为1：1~1：20的比例混合，制备得到复合物溶液I；再将阴离子聚合物B溶于去离子水中，制备成浓度为1.0~10.0mg/mL的溶液II；将表面活性剂C溶于去离子水配制成浓度为1.0~10.0mg/mL的溶液；将表面活性剂D溶于甲苯中配制成浓度为1~20mg/mL的溶液；

3．多孔涂层的制备：将步骤2所制备的溶液I与溶液II交替地利用空气喷涂法喷涂到步骤1处理过的基底之上，每次喷涂量为0.01~0.1mL/cm²，每种溶液喷涂后等待20~50秒让溶液充分浸润基底，再喷涂去离子水20~30秒冲洗掉多余的溶液I或溶液II；溶液I与溶液II交替喷涂60~120个循环后自然干燥，通过上述方法可以得到多孔的具有微纳复合结构的涂层，厚度为3.1~7.2μm。

4.低表面能分子的引入：将步骤2中配制的表面活性剂C的去离子水溶液喷涂到上述涂层表面，喷涂量为0.1~1mL/cm²，喷涂后自然干燥；将表面活性剂D的甲苯溶液喷涂到该涂层表面，喷涂量为0.01~0.1mL/cm²，通过上述方法表面活性剂C和表面活性剂D渗入到步骤3制备的多孔涂层中，从而得到本发明所述的具有自修复功能的超疏水涂层。

本发明所述的阴离子聚合物A为聚乙烯苯磺酸钠、磺化聚醚醚酮或磺化聚苯胺；

本发明所述的阳离子聚合物为聚二甲基二丙烯基胺盐酸盐或聚丙烯胺；

本发明所述的阴离子聚合物B为聚甲基丙烯酸或聚丙烯酸；

本发明所用表面活性剂C为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、全氟辛基磺酸锂或全氟辛基磺酸钾；

本发明所用表面活性剂D为四氢全氟C₄~C₁₆烷基三甲基硅烷或四氢全氟C₄~C₁₆烷基三烷氧基硅烷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1．工艺简单，原料易得，成本低；

2．可以在非平面复杂结构基底上大面积的制备；

3．制备的超疏水涂层，接触角大于150°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性；

4．制备的自修复超疏水涂层能够在潮湿的环境下修复被分解或破坏的低表面能物质，修复被破坏的超疏水性。

附图说明