[发明专利]一种防污涂料、防污膜层及其制备方法

说明书

本发明提供的防污涂料可以提供一定的疏水性能，防污膜层以纳米多孔层为基础，解决了传统防污膜层与金属基材热膨胀系数及弹性模量不匹配的技术问题。镶嵌到纳米多孔层中的氧化锆颗粒能够提供疏水性能、耐磨性能及持久性，从而解决了传统疏水膜层耐候性、耐磨性及持久性较差的技术问题。

技术领域

本发明涉及防污涂料、防污膜层领域，以及将防污涂料及膜层用于金属基材表面的施用方法。

背景技术

超疏水性膜层具有自清洁、防腐蚀、防污等独特的性能，在科学研究、生产、生活等诸多领域都具有重要的价值。

材料表面的超疏水特性往往是通过水接触角来评判，一般来说，当水滴与材料表面的接触角大于150^o，且滚动接触角小于10^o时，该表面具有超疏水性能。自然界中，超疏水现象无处不在，许多植物的叶片和动物的某些部位都具有超疏不，如荷叶，蜻蜓、蝴蝶的翅膀，蚊子的复眼，昌㫣的腿等，超疏水表面的研究受到国内外的重视。

固体表面的润湿性能由表面化学成分及表面粗糙度决定。低的表面自由能和适宜的粗糙度是制备超疏水的两个不可获缺的因素，材料的表面自由能超低，表面的超疏水性能就越强。目前，利用低表面能的聚合物，例如含氟树脂，以及微纳粗糙结构是获得超疏水表面的常用方法。但是，这两种方法都存在着明显的缺陷，含氟树脂化合物耐磨性较差，且容易在光照条件下分解；微纳结构的粗糙表面强度较差，在恶劣的使用环境下易碎导致微纳结构的破坏。因此，如何制备得到同时具备耐磨性及超疏水性能的表面成为国内外学者研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种疏水陶瓷防污涂料、防污膜层以及将疏水陶瓷防污涂料及膜层应用于金属表面，从而改善金属材料的防污性能。同时，在超疏水膜层在具备较高硬度、耐磨性能、防污性能的同时，还能够使超疏水膜层与金属材料的热膨胀系数、弹性模量相适应，也进一步改善了超疏水膜层的持久性。

本发明提供了一种疏水陶瓷防污涂料，防污涂料按重量百分比计算，包括以下组分组成：1-10%的水溶性聚合物、1-2%的纳米氧化锆、1-2%的纳米氧化铈、0.2-0.5%的分散剂，以及水溶性醇与去离子水组成的溶剂。

优选地，防污涂料中水溶性聚合物的成分选自聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺中的一种或两种，水溶性聚合物可以起到增加疏水膜层厚度的作用。

优选地，防污涂料中水溶性聚合物的含量为4-8%。

优选地，水溶性醇为丁二醇，丁二醇与去离子水的体积比为1：2。

本发明还提供了一种疏水陶瓷防污涂料的施用方法，包括对金属基材进行表面清洗及表面处理后，将防污涂料涂覆于基材表面的步骤，涂覆的方法包括刷涂、浸涂、流涂等；在200-400℃的温度条件下对涂膜进行加热处理1-5小时，即可获得具有疏水性能的陶瓷涂膜。疏水陶瓷防污涂料制备获得的涂膜具有50-200nm的厚度，具备疏水性能。

本发明还提供了一种防污膜层，具体地，防污膜层包含金属基材表面的纳米多孔层，以及由上述疏水防污涂料涂覆获得的疏水涂膜。其中，在金属基材表面的纳米多孔层中还镶嵌有纳米尺寸的陶瓷氧化物颗粒。

优选地，金属基材选自铝或铝合金。

优选地，金属基材表面的纳米多孔层可以通过电解氧化的方式制备获得，电解氧化所采用的电解液为质量比为硫酸：草酸：甘油=（4-6）：1：1的混合水溶液，浓度为0.2-0.4M，电解液的pH为3-5，电解氧化电压为6-10V，时间为20-40min。

电解氧化得到的纳米多孔层具有30-60nm的平均直径以及200nm-5μm的高度，纳米多孔层的平均直径及高度可通过电解电压与时间进行调整改变。

优选地，金属基材表面的纳米多孔层中镶嵌的纳米陶瓷氧化物颗粒为氧化锆颗粒，氧化锆颗粒的粒径为15-20nm，以保证可以嵌入纳米多孔层中。