[发明专利]一种长效超疏水耐磨陶瓷涂层

说明书

本发明公开了一种长效超疏水耐磨陶瓷涂层，解决了超疏水陶瓷涂层耐久性差等问题。具体是将陶瓷乳液、纳米纤维填料、水及表活剂制成底层乳液，低表面能高分子聚合物乳液为表层乳液，底层乳液在高温条件下进行快速层层喷涂，此时水作为造孔剂急速挥发，从而在底层构建出了均匀的孔道结构，为制备耐久超疏水涂层提供机械强度更好的结构支撑；而表层乳液经高压喷射后注入到孔道结构内部，大大提高了低表面能材料与基底材料的粘附性；且高温煅烧使低表面能高分子聚合物发生纤维化作用，在陶瓷涂层表面构建出纤维网络结构，提高了涂层的超疏水性，改善了陶瓷涂层的脆性，增强了涂层的耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种超疏水陶瓷涂层。

背景技术

近年来，超疏水表面（对水的接触角大于150°，滚动角小于10°）因其良好的防腐、减阻、自清洁、防结冰等性能引起人们的广泛关注。通过对自然界中超疏水表面的研究发现，在具有多级粗糙结构的表面修饰低表面能物质可以实现表面的超疏水特性。

虽然很多超疏水表面已经通过很多方法制备，然而由于制备的超疏水表面存在疏水耐久性差，涂层耐磨性差的缺陷，极大地限制了超疏水表面在实际生活和生产中的应用。

研究表明，引起超疏水表面疏水耐久性差和耐磨性能差的主要原因有两点，一是在构建超疏表面必需的多级粗糙结构过程中引起表面的机械性能下降，二是低表面能物质修饰过程中与基底结构的粘附性较差。如何很好地解决以上两个问题，成为了制备具有长效超疏水性和高耐磨性涂层的关键。

近年来，陶瓷材料因其具有化学稳定性高，耐磨性强，硬度高，耐高温等特性，所以，优选陶瓷材料构建超疏水表面的多级粗糙结构。例如，中国专利201510725768.X，是在等离子喷涂制备底层陶瓷涂层的过程中利用钢网做模板，在陶瓷涂层的表面构建出粗糙结构，然后通过火焰喷涂在底层陶瓷结构的低表面能物质实现超疏水性能。火焰喷涂过程中，低表面能物质仅仅涂覆在底层陶瓷结构表面，并未进入到底层陶瓷涂层内部，因此陶瓷自身的亲水性没有得到实质的改善。使用过程中，当表层破损后，涂层的疏水性将急剧下降。从该专利报道中可以看出，在25 kPa的条件下用800目砂纸对陶瓷涂层进行摩擦测试，仅仅经过1.25米的摩擦距离，涂层的接触角下降至150°以下，即失去了超疏水性能；此外该专利制备的超疏水陶瓷涂层忽略了陶瓷材料自身的脆性，即未对陶瓷涂层的脆性进行改善，而在实际应用中不可避免的会出现设备或者器件的弯曲或者撞击，所以使该专利制备超疏水涂层的应用前景受到严重限制。因此，如何有效利用陶瓷材料的高机械强度和高耐磨性，克服其亲水性和脆性，成为制备长效超疏水耐磨涂层的一个挑战。

发明内容

本发明的目的是利用具有优异性能的陶瓷材料，制备具有长效耐磨性和超疏水耐久性的涂层，解决目前超疏水表面存在的疏水耐久性差，耐磨性差的问题，同时克服陶瓷涂层自身的亲水性和脆性缺陷。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种长效超疏水耐磨陶瓷涂层，由以下重量分数比的原料制成：

固含量为60-80%的陶瓷乳液30-50份，

纳米纤维填料1-10份，

水50-150份，

固含量为30-50%的低表面能高分子聚合物乳液10-40份，

表面活性剂1-3份；

具体制备方法是：

1、底层乳液及表层乳液的制备

将纳米纤维填料和表面活性剂均匀分散在水中搅拌均匀，然后将陶瓷乳液加入到上述混合溶液中，分散得到均匀的底层乳液；另外，将低表面能高分子聚合物乳液分散到剩余水中搅拌均匀制成表层乳液；

2、陶瓷涂层的制备