[发明专利]含氟单体改性POSS基超双疏涂层材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了含氟单体改性POSS基超双疏涂层材料及其制备方法与应用。该制备方法是先使用硅氧烷偶联剂对基材预处理后，再采用紫外光点击化学的方法和自由基聚合的方法将POSS和含氟的不饱和双键单体接枝到基材表面制备而成。该超双疏涂层材料表面在空气中水的接触角为150‑161°，调和油的接触角为150‑154°，具有空气中的超疏水和超疏油性，在油、水条件下具有优异的自清洁性，抗污性，增浮性，以及抗摩擦破坏，胶带剥离，强酸、强碱、强盐溶液腐蚀，高温、强紫外光破坏等特性，在航海运输、特种装备、智能探测装置、油气输送等方面具有良好的应用效果。

技术领域

本发明涉及POSS基超双疏涂层材料，特别是涉及一种含氟单体改性POSS基超双疏涂层材料及其制备方法与应用；属于材料表面处理领域。

背景技术

超疏水涂层具有水接触角大于150°，滚动角小于10°的特点，在自清洁、抗污、抗结冰、油水分离等方面展现出巨大的应用前景，然而，目前超疏水材料在油溶性环境下容易被污染，在恶劣条件容易被破坏，严重影响材料的超疏水性能，尤其是其增浮的能力。因此，设计一种机械性能优异、耐腐蚀性液体、抗紫外辐射和耐温度变化的超双疏材料具有重要现实意义。

常见的制备超双疏涂层材料的方法主要分为非原位制备和原位制备，中国发明专利申请CN103788853A通过非原位喷涂法制备聚氨酯/二硫化钼复合微/纳米等级粗糙表面，涂层表面与水的接触角大于150°，再通过1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷修饰涂层，得到的涂层表面具有超双疏性。但是该技术涂层与基材之间，粒子与涂层之间的结合力较弱，材料的耐久性有待提高。

中国发明专利申请CN107237128A将非原位静电纺丝技术制备出的掺杂锰纳米纤维放入POTS的乙醇溶液中浸泡，得到超双疏柔性碳材料。因使用纺丝设备而影响其在实际中大面积推广中的应用。

中国发明专利申请CN106381492A通过一种简单的原位湿法制备的方法，对金属铝进行化学蚀刻，在其表面构造出微米粗糙结构，再把刻蚀后的样品进行低表面能处理，即获得了超双疏花瓣状纳米涂层，实现了水接触角高达159.6°，油的接触角为154.8°。中国发明专利申请CN101492829A通过一种电化学原位生长制备的方法，对金属铜或铜合金基材作为阴、阳两级置于全氟脂肪酸有机电解质溶液中，沉积出一层全氟脂肪酸铜盐超双疏涂层表面。但是这类超双疏材料存在表面的“凹角”结构容易被破坏、不耐酸碱，容易遭受腐蚀性液体的侵蚀等缺陷。

中国发明专利申请2018108664812公开了一种自愈合型超双疏和光催化双重自清洁涂层及其制备方法。该涂层由含有氟笼型倍半硅氧烷(F-POSS)和光催化颗粒的混合溶液涂覆在基材表面而形成，该涂层适用于玻璃、木材、建筑外墙、各类纺织品等需要自清洁功能的基材表面。但是该技术存在如下缺陷：制备F-POSS的周期较长，且产率较低；光催化材料对光照要求严格，且有一定寿命，实际运用的环境复杂且难以长时间持续保持其超双疏特性；在遭受油破坏后，水恢复了高接触角，但是却永久对油接触角的自愈合能力；利用F-POSS和光催化粒子物理共混的作用涂覆表面相比于原位化学接枝生长的涂层表面，其表面更容易遭受强酸、强碱、强盐溶液等化学腐蚀或者机械摩擦、胶带剥离等物理破坏。

发明内容

为克服以上现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供了一种含氟单体改性POSS基超双疏涂层材料及其制备方法；所得的超双疏涂层材料在油、水条件下具有自清洁以及抗污性；并具有优异的机械性能，耐强酸、碱、盐腐蚀，抗温度变化、耐强紫外光照射，可适用于各种恶劣环境。

本发明的另一目的是提供上述含氟单体改性POSS基超双疏涂层材料在增浮方面的应用。