[发明专利]一种聚偏氟乙烯超疏水自清洁涂层及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及超疏水结构的制备方法，特别涉及聚偏氟乙烯超疏水自清洁涂层的制备方法，属于涂层技术领域。

背景技术：

超疏水表面一般指的是水滴在固体表面所形成的静态接触角大于150°同时其滚动角小于10°的表面。超疏水表面有利于水珠在其表面的形成以及滚动，水珠在自由滚落时可以将表面上的污染物一起带走，从而实现自清洁功能，因而其具有防水、防冰、防雾、防尘、防污以及防止输电线路经常产生的电晕噪声等功能，在光学领域、工业防锈领域、电池领域、建筑领域和生活领域具有广阔的应用前景，具有超疏水效果的涂层可以称之为超疏水自清洁涂层。由经典的杨氏方程和Wenzel以及Cassie理论可知，超疏水自清洁涂层的制备策略分为两种：一种是在材料表面构建微纳米双层次的粗糙结构，例如采用溶液相转化、溶胶-凝胶法、模板法、溶剂-非溶剂法、静电纺丝法、沉积法、刻蚀法等方法来构建粗糙表面；另一种是在粗糙表面上修饰低表面能组分，将含氟单体或者有机硅氧烷进行自聚、接枝、共聚等技术来构造一系列的低表面能组分。然而许多方法因涉及到了特定的设备和苛刻的条件，制备超疏水自清洁涂层的成本相对较高，难以用于超疏水自清洁涂层的大规模生产，同时制备的超疏水自清洁涂层强度低，涂层的总体性能差。

在制备超疏水材料中，聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种新型半结晶的氟碳热塑性塑料拥有极好的耐气候性和化学稳定性，如可以抵抗紫外线照射引起的降解和大气中化学物质的损伤，并可以一定程度的抵抗海藻类菌和真菌的侵蚀，而且具有优良的耐溶剂的性能。所以聚偏氟乙烯(PVDF)材料的用途极广，可以普遍用于建筑、纺织和玻璃品等基材的表面。聚偏氟乙烯材料虽然拥有一定的疏水效果，但在一般制备方法中，其自清洁性能较差，长期的使用其表面的污染问题仍然非常严重。人们通过对表面进行修饰或者使用特定的方法制备获得了较高的接触角，在使用中仅靠水的冲刷就能保持良好的防污性能，例如Wu等(Wu T F， et al.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2011，384：47-52)采用了相分离的方法，将PVDF与多孔碳纳米管(MWCNT)混入二甲基乙酰胺的溶剂中，改变外界条件，使MWCNT与PVDF得以固化，得到了二者的超疏水涂层，在电镜下发现其表面由尺寸均一的多孔的粗糙结构组成，在宏观上表现出不错的超疏水效果，但是其强度低。Mao等(Mao P，et al.Journal ofapplied polymer science，2005，98：1358-1363)以PVDF为原料，采用相分离的方法制备了具有瘤状结构的表面结构，通过改变凝固浴组成与凝胶方法，控制表面结构组成，得到了接触角超过150°的PVDF薄膜，然而这种方法制备的表面超疏水性能不太稳定，接触角变化较大。

虽然在众多科研人员的努力下，已经研究出了许多效果不错的超疏水自清洁涂层，然而人工制备的超疏水自清洁涂层仍然面临着耐候性不佳、机械性能差、使用寿命短、制备成本高、工艺复杂等问题，难以规模化生产。发明人近年来对PVDF材料成形技术进行了深入研究，得到了不同结构形态的PVDF材料(Xianfeng Li，et al.ACS Applied Materials&Interfaces，2013，5：5430-5435；Journal of Membrane Science，2008，320：477-482；Journal ofApplied Polymer Science，2006,101：2944-2952)。取得了较好的研究结果。

发明内容：

针对现有技术存在的缺点，特别是制备成本高、工艺复杂、设备昂贵的问题。本发明拟解决的技术问题是，提供一种聚偏氟乙烯超疏水自清洁涂层及其制备方法。所述的方法具有良好的可控性、一次成型、工艺简单、成本低的优点，而且所制备的超疏水自清洁涂层具有优异的疏水角及自清洁性能。

本发明提供的聚偏氟乙烯超疏水自清洁涂层制备方法的技术方案是：借鉴热致相分离理论，制备表面具有微纳米结构的超疏水自清洁涂层。该方法具体包括一下步骤：

聚偏氟乙烯溶液的制备：

具体为将质量含量为5～40％聚偏氟乙烯加入到含有溶剂与稀释剂的混合溶液中，在50～140℃条件下搅拌溶解1～4h，得到均相的溶液，在电热鼓风干燥箱中静置脱泡48h，待用；超疏水自清洁涂层制备方法一：