[发明专利]一种超疏水高粘附涂层的制备方法及具有超疏水高粘附涂层的复合材料

说明书

本发明涉及一种超疏水高粘附涂层的制备方法及具有超疏水高粘附涂层的复合材料。该超疏水高粘附涂层的制备方法包括以下步骤：在超疏水层的超疏水表面上涂覆胶粘剂溶液，然后进行固化，即得。本发明提供的超疏水高粘附涂层的制备方法，主要是利用超疏水表面自身的微纳米结构，在微纳米结构之上以粘结剂构筑具有低表面能的毛细结构，两者复合形成具有毛细结构的微纳粗糙表面(仿壁虎脚结构)，以此赋予其超疏水高粘附表面的性质。该制备方法的制备工艺简单，可方便实现超疏水高粘附涂层的大面积、工业化制备。

技术领域

本发明属于高分子涂层材料领域，具体涉及一种超疏水高粘附涂层的制备方法及具有超疏水高粘附涂层的复合材料。

背景技术

目前，超疏水表面的制备技术研究取得了许多进展。如申请公布号为CN109233372A的中国发明专利申请公开了TiO₂丙烯酸树脂超疏水涂层，该超疏水涂层由底漆、面漆、超疏水层依次涂覆形成，所述底漆为丙烯酸底漆，所述面漆为丙烯酸面漆，所述超疏水层由改性纳米二氧化钛的悬浮液喷涂而成。但超疏水表面对微量水无粘附作用，水滴容易发生滚动。

由于表面粘附力的存在，在某些表面当水滴与表面的接触角大于150°时，将表面倾斜90°甚至180°，水滴仍然粘附在表面上；如自然界中的壁虎脚和玫瑰花瓣等。壁虎这种粘附能力源于壁虎脚表面的微结构，壁虎脚上有成千上万的刚毛，每根刚毛的顶端又有几百个树枝状的微结构，使得壁虎能与物体表面近似点状接触，分子间微弱的范德瓦耳斯力的集合产生了如此强大的粘附效果。超疏水高粘附表面虽然不具有自清洁功能，但对微小液滴的可控输运方面有着巨大作用，可以在微流控系统、液体无损转移和生物工程技术等方面起到重大作用(Liu H,Jiang H,Du F,et al.Flexible and Degradable Paper-BasedStrain Sensor with Low Cost[J].ACS Sustainable ChemistryEngineering,2017,5(11):10538-43.)。

制备高粘附超疏水表面所采取的策略主要是两个：调控表面形貌或者改变化学组成。例如彭锦阳(彭锦阳，应用点击化学构筑仙人球状超疏水表面的研究[D]，长沙：湖南大学，2010,1-60.)首先采用静电自组装方法构筑微纳双重粗糙表面，然后将低表面能物质修饰在粗糙结构表面，构筑了超疏水表面，其表面接触角达到了151.6°，且粗糙表面具有很好的粘附力，甚至悬挂200mg的水滴也不脱落。也有研究者(Xi J M,Jiang L.Biomimicsuperhydrophobic surface with high adhesive forces[J].Ind.Eng.Chem.Res.,2008,47,6354-6357.)采用模板法将聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇筑到玫瑰花瓣表面以获得玫瑰花瓣表面的粗糙微纳结构，构筑了一种仿玫瑰花瓣的聚二甲基硅氧烷薄膜超疏水表面，其表面接触角最大可达154.3°，且表现出对水滴较好的粘附性，最大粘附力可达63.8μN。江雷课题组(Feng L,Zhang Y N,Xi J Y,et al.Petal effect:a superhydrophobic state withhigh adhesive force[J].Langmuir,2008,24,4114-4119.)以各种花瓣表面为模板，以聚醋酸乙烯酯(PVA)和聚苯乙烯(PS)为原料在模板上浇筑成膜，从而构筑一系列粗糙结构表面，这些表面的表面接触角均超过150°，且每一个表面对水滴都有很强的粘附作用。

高粘附的影响因素主要包括表面形貌和表面化学组成。一方面，微纳复合结构中，减小纳米结构的间距，增大水滴与纳米结构的接触面积，可以有效增强超疏水表面的粘附力。另一方面，当固体表面由2种或2种以上的材料构成时，当其中一种材料拥有较高的表面能，可以在微纳米尺度范围内增加固液界面间的作用力，进而增强表面的粘附作用。