[发明专利]一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层及其制备方法、应用，该方法通过高压静电喷涂“树脂+颗粒”混合液制备超疏水涂层，涂层表面具有仿荷叶状坚固的锥形微米级凸起和纳米级粗糙结构。喷涂过程中高压静电将液滴雾化为20～100nm的带电雾滴，带电雾滴在高压电场力的作用下组装堆叠形成致密的高鲁棒性超疏水涂层本发明提供的制备方法简单易行且不受树脂体系和纳米颗粒种类的限制，适合大面积工业生产。所制备的涂层具有优异的超疏水性和空气层稳定性，在超声作用、高静态水压作用下仍保持良好的超疏水性，可应用在船舶、潜艇、钻井平台等海洋设备的防水、防污、防腐及防生物膜粘附等领域。

技术领域

本发明涉及超疏水涂层制备技术领域，尤其是一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层及其制备方法、应用。

背景技术

众所周知，超疏水材料需要构筑其低表面能和微纳二级粗糙结构。超疏水表面总是存在不同尺度的孔隙，这些孔隙与水接触时构成了界面的空气垫，进而“托举”起液滴形成超疏水状态。通过一些简单便携的方法如空气喷涂、浸涂、刷涂等制备的超疏水微观结构往往具有较大的孔隙，凸起结构的坚固性和致密性较差，这是超疏水材料耐久性差的一个主要原因。

现有的超疏水材料制备方法中，空气喷涂由于工艺简单而被广泛应用。空气喷涂是利用压缩空气从喷嘴喷出产生的负压吸入浆料，之后与压缩空气充分混合，然后从喷嘴吹出形成喷雾喷向被涂物表面，形成涂膜。空气喷涂的空气雾化效果不够，雾滴颗粒较大，所得超疏水微结构不够精细和致密，其机械耐久性和空气层稳定性不足。因此如何通过调节沉积的液滴参数得到精细、致密、坚固的微纳二级结构是一项巨大的挑战。

发明内容

本发明提供一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层及其制备方法、应用，用于克服现有技术中超疏水微结构不够精细、以及空气层稳定性不足等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1：将纳米颗粒分散于氟硅烷溶液中，利用酸性水溶液调节pH至4～6，加热搅拌，得到疏水纳米颗粒；

S2：按质量比1:0.15～1称取树脂和所述疏水纳米颗粒，将所述树脂和疏水纳米颗粒分散在有机溶剂中，加入助剂，搅拌混匀，得到混合液；

S3：以所述混合液为原料，利用静电喷雾在基材上形成涂料层，加热固化，得到超疏水涂层。

为实现上述目的，本发明还提出一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层，由上述所述制备方法制备得到；所述超疏水涂层表面具有锥形微米级凸起，所述锥状微米级凸起表面具有纳米级粗糙结构；所述纳米级粗糙结构与水的接触角在150～170°之间。

为实现上述目的，本发明还提出一种高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层的应用，将上述所述制备方法制备得到的超疏水涂层或者上述所述的超疏水涂层应用于水下减阻、防污、防腐以及防生物膜粘附中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的高鲁棒性仿荷叶结构超疏水涂层的制备方法通过“树脂+颗粒”的混合液静电喷雾制备涂层，通过静电力的调控和组装作用可使得细小喷雾自发沉积组装为“金字塔”状锥形微米级凸起，该锥状微米级凸起表面具有纳米级粗糙结构，二者共同构成了超疏水性必需的微纳二级粗糙结构。由于传统静电纺丝制备超疏水织物或空气喷雾制备超疏水涂层的方法制备的微纳结构难以精确调控，而本发明采用高压静电喷雾作为制备手段，不仅可以将液滴雾化到20～100nm尺度，而且在喷雾飞行沉积的过程中，在电场的调控下发生组装性的堆叠，最终形成精细的微结构，整个过程高效且快速，仅10min左右即可制备约10cm×10cm的高耐久性超疏水表面。本发明提供的制备方法简单易行，所需时间较短，适合大面积工业生产。