[发明专利]一种天然青石自清洁表面的制备方法

说明书

本发明公开一种天然青石自清洁表面的制备方法，属于石材表面改性技术领域。本发明所述方法通过打磨抛光在天然青石表面形成微米粗糙结构，然后用聚多巴胺作为粘附剂将经过氟化的金属纳米颗粒粘附在青石表面，形成低表面能的微纳米复合结构，从而实现表面的自清洁性能。该方法制备的青石表面具有自清洁、抗腐蚀等特点。本发明提出的制备自清洁表面的方法设备工艺简单，成本低廉，绿色环保，有利于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种天然青石自清洁表面的制备方法，属于天然石材表面改性技术领域。

背景技术

青石有耐磨、耐风化、无辐射的特点，非常环保，且自然存量巨大，取材方便，因此从古自今青石常常用于石雕、家居家装及户外建筑中，既美观又对人类无害。然而近代工业发展造成的酸雨、酸性气体污染，水渗透、冲刷是将这些污染物质带入石材内部造成石材腐烂、加速石材分化腐蚀的主要原因；而且雨水渗透到石材空隙中后，一旦气温降至0℃以下，空隙中的水结冰膨胀后，会使石材开裂，加速其分化；而且当石材用于家装家居时，家用的酸性清洗液、厨房、卫生间中的强酸、强碱都会对石材造成化学破坏，因此对石材进行有效的保护是非常必要的。目前常用的蜡、聚丙烯酸类石材防护剂具有成膜透气性差、时效短等缺陷；以烃类、醇类作为溶剂加入金属氧化物纳米颗粒在固体表面形成自清洁保护层的方法，由于缺少合适的粘合材料，存在保护层粘附不牢固等问题。

自清洁表面是水接触角大于150°，且滚动角小于10°的表面。自清洁表面的构建需要具备两个条件：即具有微纳粗糙结构和低的表面能。对于天然石材而言，其表面非常粗糙、不均匀且表面能大，一般需要用物理或化学的方法在其表面涂覆保护层形成疏水表面或在其表面构造低表面能的微纳米粗糙结构以获得自清洁特性。

专利CN107189656A公布了一种基于聚碳酸酯的耐磨自清洁涂层的制备方法，该方法以聚碳酸酯胶水作为粘附剂，首先在基底上涂布一层聚碳酸酯胶水，然后在胶水上涂布中间层用溶液，待中间层用溶液干燥后在其上面进一步涂布表面层溶液，干燥后即得到耐磨性自清洁涂层。该方法需要多次涂覆才能得到自清洁涂层，而且用有毒的丙酮作为溶剂，操作复杂且不环保。美国专利US8147607公布了一种单纯采用烃类、醇类作为溶剂，加入纳米级金属氧化物形成溶胶涂到固体表面可形成自清洁表面，但是由于纳米颗粒和固体表面之间没有黏合剂，使得自清洁涂层附着不牢固，时效短。专利CN110204990A介绍了一种适用于棉布、纸张、石材、玻璃等基材的水溶性透明自清洁涂料，这种水溶性透明疏水涂料由疏水性单体A和亲水性单体B在引发剂作用下生成结构式为疏水性单体-无规-亲水性单体(P(A-r-B))的聚合物和含氟物质生成，可在多种基材表面形成透明的自清洁表面，但是氟化P(A-r-B)微球水溶液在浸泡基材前要经过多次透析，且氟化微球与基材表面之间缺乏粘合剂，存在着操作复杂且自清洁涂层附着不牢固的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然青石自清洁表面的制备方法，本方法用聚多巴胺作为粘合剂，利用三氧化二铝纳米颗粒和全氟烷基磷酸在固体表面形成自清洁保护层，可以在保证石材的透气性的同时具有防污、自洁、防腐蚀等功能，具体包括以下步骤：

(1)前处理：形成天然青石表面的微米结构，去除表面的粉尘、油污及有机物，干燥后备用。

(2)聚多巴胺粘附层的形成：将盐酸多巴胺溶于Tris-HCl缓冲液中得到盐酸多巴胺Tris-HCl溶液，然后将前处理的天然青石置于盐酸多巴胺Tris-HCl溶液中避光浸泡24～36h后，用超纯水冲洗，去除青石表面多余液体，干燥后备用。

(3)乳浊液的配制：将Al₂O₃纳米颗粒加入无水乙醇中分散均匀得到乳浊液A，然后将与Al₂O₃纳米颗粒等质量的全氟烷基磷酸(FPA)加入乳浊液A中，使全氟烷基磷酸均匀分散于乳浊液A中得到乳浊液B；分散过程采用低频(28Hz，5min)高频(40Hz，5min)交替超声分散50～90min后，磁力搅拌2～4h。