[发明专利]一种一体化耐磨超双疏涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一体化耐磨超双疏涂层及其制备方法，改性二氧化硅(二氧化钛)粒子与改性基底材料(聚四氟乙烯、聚苯乙烯、三元乙丙橡胶、聚氨酯)之间是交联聚合反应，通过化学接枝共聚反应连接，使得有机和无机材料之间有更好的相容性，并通过剪切分散获得纳米级改性粒子(二氧化硅、二氧化钛等功能性改性粒子)和微米级基体材料(聚四氟乙烯、聚苯乙烯、三元乙丙橡胶、聚氨酯等功能性基底材料)共聚形成的兼具微米尺寸和纳米结构的“超双疏微纳球”，极大提高了涂层与基材之间的粘接性能，所制得涂层耐久性更强。

技术领域

本发明涉及超双疏复合涂层领域，特别涉及一种一体化耐磨超双疏涂层及其制备方法。

背景技术

通过科研工作者的努力，超疏水涂层比较常见。超疏水涂层的微观粗糙结构大多是由微/纳双重结构构筑，机械稳定性差，极大地限制了超疏水涂层的应用，因而研发一种底面一体化、耐磨损并具有修复功能的超疏水表面，对于超疏水表面的实际应用具有重要意义。然而在超疏水表面的实际应用中，还有一些问题亟待解决：

(1)超疏水表面生产成本高、热处理温度高等因素，限制了超疏水涂层在墙体涂料以及一些软性基底材料(如纺织品)中的应用。因此，降低成本、开发相对简单的工艺是扩大超疏水表面应用范围的主要途径。

(2)微观粗糙结构和基底之间、微观粗糙结构相互之间的结合牢度还不够，粗糙结构易被破坏，使制备出的超疏水表面不耐用，故研究具有耐磨性和可修复性的超疏水表面是解决这一问题的有力保障。

(3)采用简单有效、价格低廉、环境友好的方法制备具有室温自我修复功能的智能型超疏水表面，获得性能优异持久的超疏水表面是工业生产的必然趋势。

同时由于大多数污染物都是油溶性的，因此，具有超双疏性质的自清洁表面，比仅具超疏水效果的表面有更大的市场应用前景。

通过对表面化学组成和微观粗糙结构的巧妙设计，目前已有制备超双疏涂层的相关文献报道。超双疏表面的设计方案主要基于以下两种原理：一是依靠氟原子迁移至表面，使表面具有极低的表面能，油污不易在其表面粘接；二是依靠光催化降解作用，使有机油污分解。超疏水表面在使用过程中，当受到磨损或油污污染微观结构遭到破坏时，表面粗糙度会降低，从而引起接触角减小；另外，表面磨损也会使低表面能物质逐渐减少，表面的化学组成发生改变，导致超疏水表面的疏水性能降低或丧失。

Yao Lu(Robust self-cleaning surfaces that function when exposed toeither air or oil,Science,2015,347(6226):1132-1135)等发现通过在基体材料表面刷涂双面胶，后在表面喷涂改性二氧化钛，获得具有优异耐磨性的超双疏涂层，但其需通过两步操作：1、基体喷涂双面胶(类似底漆)；2、在双面胶表面喷涂改性二氧化钛(类似面漆)。对于长距离、大表面的基体材料，此种操作易对底漆造成破坏，从而降低了超双疏涂层的使用性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的超双疏涂层工艺要求高、涂层耐磨性差、无自我修复性以及修复工艺繁琐等技术问题，本发明的一个目的是提供一种一体化耐磨超双疏涂层及其制备方法。制备的超双疏涂层由纳米级改性粒子(二氧化硅、二氧化钛等功能性改性粒子)和微米级基体材料(聚四氟乙烯、聚苯乙烯、三元乙丙橡胶、聚氨酯、氯化聚烯烃等功能性基底材料)发生交联聚合反应，形成具有超双疏性能的微米尺寸兼具纳米结构的“超双疏微纳球”，“超双疏微纳球”兼具硬度、结合强度及超双疏特性。无数个“微纳球”构成超双疏涂层。由于“超双疏微纳球”本身的超双疏特性，当涂层表面的“超双疏微纳球”损耗后，新露出的涂层仍然保持超双疏特性。“超双疏微纳球”存在即有效的特性，保证了涂层的耐磨性和长效性，实现涂层一体化制备，可在多种基体上有效形成超双疏涂层，对目前超双疏涂层制备工艺具有理论上的颠覆和技术上的突破。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：