[发明专利]一种高效集水自清洁超双疏涂层及其制备方法

说明书

一种高效集水自清洁超双疏涂层及其制备方法，属于超浸润功能涂层材料制备领域。所述涂层为表面形成纳米多孔结构与亲水微米颗粒结构复合的多级微纳粗糙结构涂层。首先将碱化处理的链式水性硅溶胶加入到挥发性有机溶液中，然后进行表面疏水改性，获得超双疏面漆；再将微米级颗粒采用亲水聚合物包覆，并与超双疏面漆杂化，涂覆于基底表面并干燥，获得超双疏杂化涂层表面。所述涂层不仅具有优异的冷凝强化结露效果、良好的水滴自驱弹跳脱附效果、高效的水雾收集效果，而且具备超疏水和超疏油的超双疏特性，并展示了优异的自清洁、抗油污性能，在自清洁、水雾收集、脱盐、冷凝换热等方面具有广泛的应用，且设备工艺简单、易操作，适合大规模制备生产。

技术领域

本发明属于超浸润功能涂层材料制备技术领域，具体涉及一种高效集水自清洁超双疏涂层及其制备方法。

背景技术

固体表面超疏水性(接触角＞150°，滚动角＜10°)是十分常见但又非常特殊的一类超浸润现象，如超疏水自清洁的荷叶、超疏水高负载的水黾腿、超疏水防起雾的蚊子眼等。以此为启发，通过仿生手段在材料表面构建粗糙结构，并对其进行低表面能修饰，或直接在低表面能材料表面构建粗糙结构，是目前获得超疏水性表面的重要方法之一。近年来，随着超疏水表面的应用研究不断取得突破，并基于纳米布沙漠甲虫、仙人掌、猪笼草等生物水收集行为的启发，人们开始研究具有亲水、疏水综合性能的仿生表面。

但是，当前制备的水收集仿生表面，多数采用反应离子刻蚀、光刻技术、光催化技术以及激光加工技术等手段，这些技术手段不仅设备成本高，工艺复杂，而且加工难度大，对于材料表面的规模化制备和应用，造成了严重的阻碍和困扰。同时，目前文献报道的很多水收集表面，多数只关注其集水特性，而对于材料表面的自清洁、抗油污等特性，则很少提及，这对材料表面用于户外实施集水，也造成了一定的瓶颈限制。

发明内容

解决的技术问题：针对上述现有技术中存在水收集表面存在的制备应用困难、自清洁抗油污特性较差等问题，本发明提供一种高效集水自清洁超双疏涂层及其制备方法，制备的涂层表面不仅具有优异的冷凝强化结露效果、良好的水滴自驱弹跳脱附效果、高效的水雾收集效果，而且整个涂层表面表现出具备同时超疏水和超疏油的超双疏特性，并展示了优异的自清洁、抗油污性能。

技术方案：一种高效集水自清洁超双疏涂层，所述高效集水自清洁超双疏涂层为表面形成纳米多孔结构与亲水微米颗粒结构复合的多级微纳粗糙结构涂层。

上述高效集水自清洁超双疏涂层的制备方法，所述方法步骤如下：

（1）超双疏面漆配制：将酸性的链式水性硅溶胶分散于碱性水溶液中进行碱化处理，再加入到挥发性有机溶液中，或直接将碱性的链式水性硅溶胶加入到挥发性的有机溶液中，然后再加入正硅酸四乙酯、疏水处理剂进行表面疏水改性，经机械搅拌后获得超双疏面漆；

（2）聚合物包裹颗粒：将待包裹颗粒在机械搅拌状态下将颗粒分散于无水乙醇中，然后加入亲水性聚合物进行搅拌，形成亲水性聚合物包覆颗粒溶液，干燥后得到聚合物包裹颗粒；

（3）底漆制备：将稀释剂、氟乙烯乙烯基醚氟碳树脂、疏水气相二氧化硅、清漆、氟碳树脂固化剂和清漆固化剂进行混合，机械搅拌后获得底漆悬浮液，喷涂于基底表面后常温固化即可获得底漆涂层；

（4）高效集水自清洁超双疏涂层制备：将步骤（1）制备的超双疏面漆与步骤（2）制备的聚合物包裹颗粒进行搅拌混合，加入交联剂、阴离子型含氟丙烯酸表面活性剂后机械搅拌，获得可用于高效集水的自清洁超双疏乳液，涂覆于步骤（3）固化后的底漆涂层后干燥即可获得自清洁超双疏涂层。

作为优选，所述方法步骤如下：

（1）超双疏面漆配制：将1~15体积份纳米硅溶胶、2~10体积份25-28 wt.%氨水、6~16体积份去离子水、0.1~1体积份正硅酸四乙酯、0.1~2体积份疏水处理剂分散于60~100体积份无水乙醇中，在100-300 rpm转速下机械搅拌12~48 h得到超双疏面漆；