[发明专利]一种透明及超疏水性能可修复的涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种兼具透明性及超疏水性能可修复的涂层材料，同时还涉及该涂层材料的制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

透明自清洁涂层被广泛应用于透明材料的表面保护，可用于眼镜、电子设备的光学窗口及建筑物或汽车窗口，其自清洁性能是由基于微纳结构和低表面能的超疏水性协同作用来实现。涂层中的微米结构尺寸大于可见光的波长尺寸（大约380~760nm），可产生散射现象，降低涂层的可见光透过率；另一方面，涂层在使用过程中表面的低表面能物质发生损耗，降低了其超疏水效果，导致材料失去自清洁性能。在现有技术中，通过将涂层中的结构构筑成中空结构来减少可见光的散射，增加可见光透过率；对于低表面能物质的损耗则采用在涂层空隙中填充低表面能物质的方法。当表面的低表面能物质损耗后，涂层中填充的低表面能物质逐渐迁移到表面，恢复表面的超疏水效果，从而使涂层的自清洁性能得到修复。然而，已知的超疏水涂层研究中未发现将透明性与超疏水的可修复性结合起来的涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种透明及超疏水性能可修复的涂层材料，同时还提供了该涂层材料的制备方法。

一种透明及超疏水性能可修复的涂层材料，其特征在于该材料由结合在基底上的三维中空网状涂层和填充在空隙中的低表面能物质组成，所述三维中空网状涂层由中空且管壁有孔的管壁厚为10-100nm的纳米管组成。

所述基底为玻璃或陶瓷。

所述三维中空网状涂层的厚度为50nm~20μm。

所述中空且管壁有孔的纳米管为二氧化硅纳米管。

所述中空且管壁有孔的纳米管的管径为50-300nm；所述中空且管壁有孔的纳米管上的纳米孔的直径为5-50nm。

所述低表面能物质为十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷或聚硅烷。

一种透明及超疏水性能可修复的涂层材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）将苯胺加入酸溶液中，将过硫酸铵加入另一相同种类的酸溶液中，然后将两溶液混合，在10~40℃反应12-48h，然后将反应体系水洗至过滤液为无色后，将得到的聚苯胺纳米线与水混合制得悬浊液，将该悬浊液涂到所需涂覆的基底上，待水分挥发即得聚苯胺纳米线网状涂层；

2）将上述聚苯胺纳米线网状涂层放入盛有正硅酸四乙酯和氨水的密闭容器中，10~40℃气相沉积12-48h，然后高温烧结除去聚苯胺模板，制得表面具有紧密排列的纳米孔的二氧化硅纳米管网状涂层；

3）将二氧化硅纳米管网状涂层浸入含有低表面能物质的溶液中，取出后真空除溶剂，即得填充低表面能物质的目标涂层。

所述苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1:5~5:1；所述酸溶液的浓度为0.5-3M；混合后苯胺的摩尔浓度为1-100mM，过硫酸铵的摩尔浓度为1-100mM。

所述酸为盐酸、高氯酸或甲磺酸。

所述正硅酸四乙酯和氨水与密闭容器的体积比均为0.1-10mL/L。

所述高温烧结的条件：温度500~650℃，时间2~5h。

所述含低表面能物质的溶液的质量浓度为0.01-5%。

所述含低表面能物质的溶液所用溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙醚、正丙醚、正丁醚、四氢呋喃、丙酮、丁酮、2-戊酮、3-戊酮、环戊酮、苯、甲苯、二甲苯、石油醚、正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、氯仿、氯苯、二氯苯或三氯三氟乙烷。

上述材料的用途：该涂层应用于玻璃或陶瓷制品表面形成具有高透明度的疏水性涂层，并具有超疏水自修复性。

本发明采用管壁多孔的纳米管网络制备透明的二氧化硅涂层，在纳米管表面被低表面能物质修饰及其孔隙中填充低表面能物质后，该涂层具有超疏水性及超疏水自修复性。纳米管的管壁厚度为10~100nm，少于可见光的波长尺寸，因此具有较高的透明性。纳米管的纳米结构与三维网状结构一起增加了涂层表面的粗糙度，使涂层具有较高的疏水性能。涂层表面的低表面能物质损失后，纳米管壁上的孔洞中填充的低表面能物质在温度、湿度或溶剂的诱导下可以从孔洞向外迁移，从而使涂层表面重新被低表面能物质修饰，恢复涂层的超疏水性能。