[发明专利]一种超双疏、自清洁氟硅涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超双疏、自清洁氟硅涂层材料，其原材料包括氟硅双疏处理剂和溶剂，其中，氟硅双疏处理剂由氨基烷基硅烷偶联剂和六氟含氧丙烷三聚体按摩尔比1:1反应一步制得，溶剂为醇类或水醇混合剂。本发明还公开了由该涂层材料制备超双疏、自清洁涂层的方法，将配置好的涂层材料刷涂或喷涂于基底表面，待溶剂完全挥发即得超双疏、自清洁涂层。本发明的氟硅涂层材料制备工艺简单，所需原材料种类少、成本低，且对人和环境无毒害作用。制备得到的涂层具有超双疏、自清洁功能，同时具有pH稳定性、耐久性，且施涂过程可逆，对基材表面颜色和透气特征无损伤，适用于几乎所有建筑基材表面，适合规模化工业生产。

技术领域

本发明属于涂层材料技术领域，具体涉及一种超双疏、自清洁氟硅涂层材料及其制备方法。

背景技术

受启发于自然界许多生物表面特殊的浸润现象，例如植物界荷叶表面水滴的滚动、不黏附现象，动物界水蝽(“水船夫”)在水面行走但不沾水的现象等，研究人员研究并发现在这些特殊的表面上水的接触角(CA)始终大于150°。当液体在物体表面的CA超过150°时，即表面表现出超抗润湿性，这个表面通常被称为超疏水表面。如果表面与水和油的接触角均大于150°，则该表面被称为超双疏表面。根据液体和表面之间的粘附力强弱划分，超疏水表面可被分为低粘附力表面和强粘附力表面，其中具有自清洁功能的低粘附力表面在现阶段的应用最为广泛。具有自清洁功能的超疏水表面不但展现出高CA(CA≥150°)，而且具有很低的接触角滞后值(CAH)(CAH≤10°)。低的接触角滞后值表明液体在该表面滑移时需要克服的能量壁垒小。当液体(例如雨滴)在适当的角度接触表面时滚动随即发生，在滚动的过程中液滴带走表面的灰尘、污物等，从而达到清洁表面的效果。超双疏、自清洁表面在工业生产、日常生活、国防中有广泛的应用前景，例如防雾化汽车挡风玻璃、建筑外墙、玻璃清洁、轮船外壳防污、防腐等。

现阶段理论研究发现，表面具有微观尺度(纳米至微米级)的粗糙结构以及表面或表面上附着有低表面能的物质是制备超疏水或超双疏表面必不可少的两个条件。现已知的制备超疏水或超双疏表面的方法有层层组装法、模板法、光蚀刻法等，这些方法对设备要求较高、制备过程复杂，且原材料的成本也很高，所以通常只试用于如科研等小范围内。此外，现有制备超疏水或超双疏材料均使用纳米粒子制造材料表面的二维粗糙结构，但纳米粒子的稳定性、对人类和环境的毒性以及其最终的存在形态等都是当下科学界热烈讨论的议题，还没有定论。

目前，我国也有一些涉及超双疏或超疏水、自清洁涂层材料及其制备方法的专利，如专利号CN201310629124.1的中国专利中公开了一种两亲性含氟纳米微球/含氟环氧树脂杂化体的制法及应用。所述制备方法包括以下步骤：将微球分散在溶剂B中，加入环氧树脂和催化剂D，保温反应，去除溶剂B，再真空干燥，得到表面接枝有环氧基团的微球与环氧树脂杂化体；再将得到的产物溶解在溶剂E中，然后加入亲水化合物和催化剂D1，反应后，加入含氟化合物和催化剂D2反应，反应结束后浓缩溶剂E，最后加入水保持搅拌，即可得到所述含氟纳米微球/含氟环氧树脂杂化体。本发明制备的两亲性含氟纳米微球/含氟环氧树脂杂化体中的环氧基团可实现含氟微球之间及其与基材通过化学键牢固结合，且对大部分基材可行，具有普适性。但该方法步骤较多，过程复杂。

专利号CN201310345226.0的中国专利中公开了一种水性含氟聚合物和二氧化硅杂化材料及其制备而成的透明超双疏涂层，所述水性含氟聚合物和二氧化硅杂化材料为具有结构式P(A-r-B-r-C)-g-D的杂化材料；该杂化材料是由质量比为1:(0.2～20):(0.1～20):(0.1～5)的水溶性单体A、末端为环氧基团的单体B、含氟单体C及表面接枝有双键的无机纳米粒子D进行聚合反应得到的。该方法需要原材料成本较高，工艺复杂，不具有普适性。