[发明专利]一种液态涂层及其制备方法和装置

说明书

本发明属于表面防护技术领域，涉及一种液态涂层及其制备方法和装置，适用于铝及铝合金表面防护，具有表面自清洁、表面疏液、自修复、防冰、耐蚀等多种功能。本发明仿生自然界猪笼草结构，通过构筑多孔微纳结构基底，氟化物修饰后达到疏水效果；选择表面张力20‑40mN/m，粘度100‑1800cp的润滑油，通过真空浸渍装置实现对纳米深孔的完全填充，制备得到新型液态涂层。该涂层制备工艺简单，防护性能强，盐雾960h无腐蚀，低温‑10℃48h无结冰，摩擦30min表面无损伤，解决了传统涂层易吸附环境介质、机械稳定性差、不耐久性等问题。

技术领域：

本发明属于表面防护技术领域，适用于表面自清洁、自修复、耐腐蚀等功能性涂层制备的一种液态涂层及其制备方法和装置。

背景技术：

超浸润表面是20世纪90年代迅速发展的一类新型多功能材料，其特点是将仿生理念应用于制备技术，通过设计特殊的表面微纳结构及化学物质修饰，实现超亲水、超亲油、超疏水和超疏油等功能。目前，超疏水和超光滑两类仿生表面是超浸润体系中的研究热点。基于超浸润理论研发的涂层，在自清洁玻璃、疏水性织物、减小船舶或飞机运动过程中拖曳阻力、超疏水防腐蚀、飞机表面防覆冰涂层及超浸润微流体系统等方面应用广泛。

受到荷叶表面特殊浸润状态的启发，科研人员发明了超疏水材料。荷叶表面有微米级的凸起和纳米级的蜡状的物质，该结构可以储存气体形成气垫，阻隔空气与基底的接触；同时蜡状物质减小水对表面的浸润。因此荷叶表面可以形成稳定的Cassie状态气-液界面，使得水滴溶液滚落达到自清洁的目的。传统超疏水材料仿生荷叶微观结构特点，在自清洁、防冰防水等领域得到应用。然而越来越多的人发现超疏水涂层的不浸润效果受到很多环境因素的限制，比如在高湿度、浸泡等环境中，凸起结构中储存的气体会被液体溶解或消耗，表面从Cassie状态向Wenzel状态发生转变，疏水效果明显下降。另外，超疏水表面虽然可以延迟水滴在表面的结冰时间，但是一旦结冰，粗糙的微观凸起结构会和冰之间产生机械锚钉作用，冰附着力反而上升。基于上述种种现象，研究者开始将目光转移到油浸润超光滑涂层的表面。

猪笼草为超光滑涂层的设计提供了灵感。猪笼草的叶片具有微观粗糙结构，叶片内分泌的液体可储存于粗糙结构形成一层润滑膜。这种涂层中凸起结构内储存的不是气体而是低表面能的植物油，可以将固体基底和外界液体隔离开来。超润滑涂层的液液界面比超疏水结构的气液界面更稳定，能有效的减少液滴附着，同时，液滴在超光滑表面的滚动角也非常小，可以实现自清洁疏液的功能。涂层中的液体具有流动性，即使涂层某些部位受到划伤、摩擦等导致涂层受损，润滑油能迅速流淌到产生的裂纹中，覆盖漏出的基底，实现快速修复，长效防护的作用。

目前，国内在液态涂层领域的研究非常少。很多文献研究依然停留在概念或实验室条件。极少量文献(如CN105670348)制备了相关的液体涂层，如通过溶胶凝胶、沉积法等构造粗浅的多孔结构基材，在简单浸泡条件下，将润滑油浸润到多孔结构中。虽然液态涂层研究具有优异的性能得到广泛关注，但是目前仍然存在不足。笔者查阅国内外相关文献，总结分析认为超润滑涂层主要存在以下问题：

1.涂层的多孔微纳结构基材虽然具备微观精细结构，但是机械稳定性较差，无法抵挡外界不可避免的冲击、摩擦、压力等作用。而多孔结构的基材是承载润滑油的主要物质，一旦基材在外界作用下坍塌，会造成受损部位的失效，使涂层丧失功能。如CN105670348提出通过溶胶凝胶法制造的基底并没有分析其强度，很难承载环境的作用力。

2.液态涂层耐久性并没有进行评价。制备好的液态涂层在使用初期具有良好的疏液性，滴落的液体由于无法浸润低表面能润滑油而迅速滑走。然而液滴在滑落的过程中会带走一部分润滑油，而导致润滑油在涂层服役过程中不断减少，直至涂层失效。另外不合理的设计，如过大的孔洞难以提供足够的毛细力，润滑油易流失。专利 CN105670348中通过溶胶凝胶法制备的多孔基底，粗糙度一般在微米级，锁油能力有限。