[发明专利]一种耐磨自修复超疏水涂层、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及疏水涂层领域，特别是涉及一种耐磨自修复超疏水涂层，所述耐磨自修复超疏水涂层由氨基改性微米二氧化硅/环氧改性乙烯‑辛烯共聚物复合物、氟改性纳米二氧化硅/环氧改性乙烯‑辛烯共聚物复合物组成。通过多层次梯度设计的方式，可以有效保持超疏水涂层表面的粗糙结构，使其具有优良的耐磨性能；同时在乙烯‑辛烯共聚物和二氧化硅中引入功能性基团，可以有效提高涂层的耐磨性；而通过引入低玻璃化转变温度和低熔点环氧化乙烯‑辛烯共聚物，可以使涂层在低温下保持良好的力学性能，同时在遭受机械破坏后通过受热原状，赋予了涂层良好的自修复性能；本发明还提供一种耐磨自修复超疏水涂层的制备方法及其应用。

技术领域

本发明涉及疏水涂层领域，特别是涉及一种耐磨自修复超疏水涂层、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来，荷叶表面特殊的防水性能引起了人们的广泛关注。研究发现，荷叶表面多层次的微纳米结构和疏水的蜡质材料赋予了其表面优异的超疏水性能。这种特殊的润湿性使其在防水、油水分离、防结冰、抗腐蚀、自清洁、微流体运输等领域有着巨大的应用前景。特别是在防结冰领域，超疏水特殊的润湿性不仅可以较少覆冰的积累，还能有效降低覆冰与基材的附着力，进而达到防结冰的目的。与机械除冰和融雪剂除冰相比，具有环保、高效等特点。然而，在实际应用中，超疏水材料表面的低表面能材料与基材附着力差，易脱落，多层次粗糙结构还易受到各种外力冲击、磨擦或液体腐蚀的破坏，此时不仅疏水性能大幅度下降，还可能对水产生粘附，特别是在户外领域，大雨、灰层、风雪等都可能会对表面造成破坏，因此，超疏水材料的耐磨性和耐久性是制约其产业化应用的关键因素。

通过在木材、织物、纸张、多孔陶瓷等构造超疏水表面具有较好的耐磨性和抗刮擦性能，这是因为基材表面多层次的结构可以为超疏水表面提供足够的粗糙度，减缓机械外力对其表面的破坏，维持表面的超疏水性能。但是该方法只适用于具有多层次结构的表面，具有一定的局限性。Zhao等将55nm疏水的二氧化硅和200nm亲水的二氧化硅颗粒复配，以环氧树脂为粘结剂，采用多次旋涂的方式在光滑的表面制备了超疏水涂层。与单一的疏水纳米颗粒相比，该方法可以有效提高纳米颗粒与基底的附着力，在胶带剥离测试中减少胶带对纳米颗粒的附着，提高其耐久性和稳定性(Xiaoxiao Zhao,Daniel S.Park,JunseoChoi,et al.Robust,transparent,superhydrophobic coatings using novelhydrophobic/hydrophilic dual-sized silica particles[J].Journal of Colloid andInterface Science,2020,574:347-354.)。但是在实际应用中，大量无机粒子的加入会恶化基体树脂的性能，导致涂层对基材的附着力降低。通过热喷涂技术解决了超疏涂层耐磨性和附着力差的问题，但是该方法需要使用特殊的设备，且要求基材具备良好的耐热性。通过纳米金刚石代替其他无机粒子提高了超疏水涂层表面的硬度。尽管涂层的表面硬度提高，但是纳米金刚石粒子之间的作用力较弱，使得摩擦测试过程中纳米金刚石形成的微米级别团聚体可能被破坏，表面粗糙度降低而失去超疏水性能。通过梯度设计的方法，将无机纳米粒子与树脂通过分次喷涂的方式制备了具有较好耐磨性能的超疏水涂层，该方法将树脂与无机粒子分开喷涂，避免了大量无机粒子的加入对树脂性能的恶化，解决了超疏水涂层附着力差的问题，同时利用无机粒子在摩擦过程中重新形成新的微米团聚体，保持了表面较好的粗糙度，使得制备的超疏水涂层具有较好的耐磨性和附着力，维持材料持久的抗结冰稳定性。但是该方法也存在缺陷，一方面是摩擦过程中依赖于纳米粒子需要重新形成微米团聚体保持表面的多层次微纳米结构；另一方面纳米粒子与基体树脂间的结合力较弱，摩擦过程中纳米粒子容易脱落，因此只能抵抗轻微的摩擦测试。

此外，作为户外防结冰材料使用时，还要求材料必须具有优异低温力学性能和耐候性。当材料表面遭受破坏时，如何使材料恢复原来的结构形貌也是目前亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对目前超疏水涂层存在的缺陷，提供一种在低温下保持良好的力学性能的耐磨自修复超疏水涂层、其制备方法及其应用。