[发明专利]耐用型超双疏涂层及其制备方法

说明书

一种功能材料技术领域的耐用型超双疏涂层及其制备方法，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。本发明中涂层具有超双疏性能，同时还具有高硬度、强附着、高耐磨等优点，易于实现产业化。

技术领域

本发明涉及的是一种功能材料领域的技术，具体是一种耐用型超双疏涂层及其制备方法。

背景技术

超双疏材料是新材料领域中一个极大的热点，当材料表面水和油的接触角都高于150度，且滚动角低于10度时，可被称为超双疏材料。目前超双疏材料主要包括类荷叶结构材料、类鸟羽毛结构材料、类鲨鱼皮结构材料。

然而，超双疏材料的应用却一直是个难题。原因在于，材料的超双疏性与其表面的微纳米结构化是分不开的，而材料表面的微纳米结构化势必会牺牲材料的耐用性，如耐摩擦性、涂层硬度、牢固度及附着力，这些性能上的要求在材料的实际应用过程中是很常见的。

目前制备超双疏材料的方法大致有微纳米模板法、溶胶凝胶法、静电纺丝法等，其中，溶胶凝胶法和静电纺丝法主要针对超双疏材料本体的制备，微纳米模板法主要针对超双疏涂层材料的制备。虽说微纳米模板法制备的材料在超双疏效果上具有明显优势，但其制备的涂层耐用性差、产业化难是本领域内所公知的，这是微纳米模板法自带的工艺缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种耐用型超双疏涂层及其制备方法，在涂层具有超双疏性能的同时还能保持高硬度、强附着、高耐磨的优点，易于实现产业化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种耐用型超双疏涂层，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；

所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。

所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、甲基聚硅氮烷、乙烯基聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种；

优选地，所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种，具备一定的双疏性和较快的固化速度。

在一些技术方案中，所述纳米纤维微聚体中的纳米纤维数量不超过1000根，优选10根至100根。

所述纳米纤维微聚体包括一级结构和二级结构；

一级结构为纳米纤维微聚体的尺寸，粒径在1μm～50μm范围内，优选1μm～20μm，进一步优选1μm～10μm；

二级结构为纳米纤维微聚体中纳米纤维的尺寸，直径在1nm～2000nm范围内，优选1nm～1000nm，进一步优选1nm～500nm。

织构化纳米纤维微聚体中的纤维在至少一个方向上形成取向排列，具有编织结构样貌。

非织构化纳米纤维微聚体中的纤维具有各向同性，无取向和无规地排列。

本发明涉及一种耐用型超双疏涂层的制备方法，将静电纺丝膜制成微米级碎片和/或粉末，再加入聚硅氮烷溶液中形成混合分散系，最后将混合分散系涂覆在基材上固化制得耐用型超双疏涂层。

所述静电纺丝膜制成微米级碎片和/或粉末的过程包括静电纺丝膜的溶解、溶胀、加热、煅烧、退火、淬火、液氮淬断、真空干燥、冷冻干燥、剪裁、超声破碎中至少一个步骤；

所述静电纺丝膜的制备方式可以是溶液静电纺丝，也可以是熔融静电纺丝；可以是传统的针头电极纺丝，包括带有纤维取向化接收装置的针头电极纺丝，也可以是产业化的钢丝或螺杆电极纺丝；在一个较优的技术方案中，采用捷克Elmarco的纳米蜘蛛纺丝机。