耐用型超双疏涂层及其制备方法技术

一种功能材料技术领域的耐用型超双疏涂层及其制备方法，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。本发明专利技术中涂层具有超双疏性能，同时还具有高硬度、强附着、高耐磨等优点，易于实现产业化。

Durable super double sparse coating and its preparation method

A durable ultra-double sparse coating in the technical field of functional materials and its preparation method include a polysiloxane coating matrix and a nanofibre micropolymer dispersed in the polysiloxane coating matrix; the nanofibre micropolymer comprises at least one nanofibre textured and non-textured micron aggregate. The coating in the invention has the advantages of super double sparseness, high hardness, strong adhesion and high wear resistance, and is easy to realize industrialization.

【技术实现步骤摘要】
耐用型超双疏涂层及其制备方法
本专利技术涉及的是一种功能材料领域的技术，具体是一种耐用型超双疏涂层及其制备方法。
技术介绍
超双疏材料是新材料领域中一个极大的热点，当材料表面水和油的接触角都高于150度，且滚动角低于10度时，可被称为超双疏材料。目前超双疏材料主要包括类荷叶结构材料、类鸟羽毛结构材料、类鲨鱼皮结构材料。然而，超双疏材料的应用却一直是个难题。原因在于，材料的超双疏性与其表面的微纳米结构化是分不开的，而材料表面的微纳米结构化势必会牺牲材料的耐用性，如耐摩擦性、涂层硬度、牢固度及附着力，这些性能上的要求在材料的实际应用过程中是很常见的。目前制备超双疏材料的方法大致有微纳米模板法、溶胶凝胶法、静电纺丝法等，其中，溶胶凝胶法和静电纺丝法主要针对超双疏材料本体的制备，微纳米模板法主要针对超双疏涂层材料的制备。虽说微纳米模板法制备的材料在超双疏效果上具有明显优势，但其制备的涂层耐用性差、产业化难是本领域内所公知的，这是微纳米模板法自带的工艺缺陷。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种耐用型超双疏涂层及其制备方法，在涂层具有超双疏性能的同时还能保持高硬度、强附着、高耐磨的优点，易于实现产业化。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种耐用型超双疏涂层，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、甲基聚硅氮烷、乙烯基聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种；优选地，所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种，具备一定的双疏性和较快的固化速度。在一些技术方案中，所述纳米纤维微聚体中的纳米纤维数量不超过1000根，优选10根至100根。所述纳米纤维微聚体包括一级结构和二级结构；一级结构为纳米纤维微聚体的尺寸，粒径在1μm～50μm范围内，优选1μm～20μm，进一步优选1μm～10μm；二级结构为纳米纤维微聚体中纳米纤维的尺寸，直径在1nm～2000nm范围内，优选1nm～1000nm，进一步优选1nm～500nm。织构化纳米纤维微聚体中的纤维在至少一个方向上形成取向排列，具有编织结构样貌。非织构化纳米纤维微聚体中的纤维具有各向同性，无取向和无规地排列。本专利技术涉及一种耐用型超双疏涂层的制备方法，将静电纺丝膜制成微米级碎片和/或粉末，再加入聚硅氮烷溶液中形成混合分散系，最后将混合分散系涂覆在基材上固化制得耐用型超双疏涂层。所述静电纺丝膜制成微米级碎片和/或粉末的过程包括静电纺丝膜的溶解、溶胀、加热、煅烧、退火、淬火、液氮淬断、真空干燥、冷冻干燥、剪裁、超声破碎中至少一个步骤；所述静电纺丝膜的制备方式可以是溶液静电纺丝，也可以是熔融静电纺丝；可以是传统的针头电极纺丝，包括带有纤维取向化接收装置的针头电极纺丝，也可以是产业化的钢丝或螺杆电极纺丝；在一个较优的技术方案中，采用捷克Elmarco的纳米蜘蛛纺丝机。所述混合分散系涂覆在基材上可以是一个周期的涂覆，以获得最大的涂层附着力；也可以是多周期的涂覆，以实现更稳定的超双疏效果。所述涂覆采用浸涂、喷涂、旋涂、滴涂、刷涂、刮涂、辊涂中至少一种方式。虽然本专利技术未对静电纺丝、静电纺丝膜破碎或粉碎、混合分散系涂覆等过程的条件参数进行具体的限制，但这些常规的技术变化都应包含在上述超双疏涂层及其制备方法内容范围之内。本专利技术所述的耐用型超双疏涂层及其制备方法，同领域技术人员应当充分认识到，任何对该方法中所包含的任何步骤的拆解、独立使用、或启发性的关联应用，都不应作为区别于本专利技术的创新或优点，任何针对本专利技术所述的非释放性抗菌材料及其制备方法的创新或优点的修改，这类修改都应包含在本专利技术所定义的和等同意义的内容范围之内。技术效果与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：1)无需使用反应性溶剂制造微凝聚相，涂层具有超双疏性能的同时还能保持聚硅氮烷材料原有的高硬度、强附着、高耐磨等优点，涂层硬度最高可达9H，涂层附着力达0级，涂层耐划伤，可满足防水、防污、自清洁、减阻、无损输送的实际应用需求；2)纳米纤维微聚体作为填料具有天然的一级结构和二级结构，使涂层能轻易在微米、纳米两个尺度上获得粗糙度的增加，工艺简单灵活，可直接购买商品化的静电纺丝膜进行粉碎后加工，无需刻印特殊的微纳米模板；3)制备工艺以传统湿法手段为主，涂装方便，易实现产业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例中耐用型超双疏涂层示意结构俯视图；图2为本专利技术实施例中耐用型超双疏涂层示意结构侧视图；图3为图1中纳米纤维微聚体示意结构放大图；图4a为本专利技术实施例中一维取向的织构化纳米纤维微聚体的示意图；图4b为本专利技术实施例中二维取向的织构化纳米纤维微聚体的示意图；图4c为本专利技术实施例中非织构化纳米纤维微聚体的示意图；图5为本专利技术实施例中耐用型超双疏涂层的接触角效果示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。如图1、图2和图3所示，本专利技术实施例涉及一种耐用型超双疏涂层1，包括聚硅氮烷涂层基体11和分散在聚硅氮烷涂层基体11中的纳米纤维微聚体12。所述纳米纤维微聚体12包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。织构化纳米纤维微聚体中的纤维在至少一个方向上形成取向排列，例如，如图4a所示一维取像的织构化纳米纤维微聚体以及图4b所示二维取向的织构化纳米纤维微聚体，具有编织结构样貌。非织构化纳米纤维微聚体中的纤维具有各向同性，无取向和无规地排列，如图4c所示。所述纳米纤维微聚体包括一级结构和二级结构；一级结构为纳米纤维微聚体的尺寸，粒径在1μm～50μm范围内，优选1μm～20μm，进一步优选1μm～10μm；二级结构为纳米纤维微聚体中纳米纤维的尺寸，直径在1nm～2000nm范围内，优选1nm～1000nm，进一步优选1nm～500nm；根据Cassie模型原理，在上述一级结构和二级结构的共同作用下，液滴2和耐用型超双疏涂层1之间形成空气垫3，如图5所示，从而使液滴接触角θ大于150°，且能在极小的倾斜角度下发生滚动(滚动角)。实施例1本实施例以载玻片为基材制备超双疏涂层，包括以下步骤：基材预处理：载玻片先后经乙醇、水超声清洗后，氮气吹干待用；制备电纺膜：将无机聚硅氮烷溶于乙酸丁酯配成20％浓度的纺丝液，然后通过Elmarco静电纺丝机纺丝制得约50μm厚度的电纺膜。制取纳米纤维微聚体粉末：取下电纺膜放置在无水乙醇中浸泡，使电纺膜破裂成碎片，然后放入超声破碎机中破碎4小时，之后经过滤、真空干燥，得到纳米纤维微聚体粉末；制备耐用型超双疏涂层：将纳米纤维微聚体粉末混入无机聚硅氮烷溶液中，配成纳米纤维微聚体含量为0.05wt％的分散液；使用上述分散液对载玻片进行一个周期的涂覆，制得耐用型超双疏涂层。设置对比例1，对比例1涂层中无纳米纤维微聚体粉末，其他条件与实施例1相同；对实施例1和对比例1中涂层常温下固化2天后再测试涂层接触角(接触角仪测试)、涂层硬度(根据铅笔硬度测试方法)、附着力(根据ISO2409-2013方法)及耐摩擦性能(Taber5900往复式磨耗机，加载力5N，每分钟40次摩擦循环)，测试结果见表1。实施例2本实施例以铝板为基材制备超双疏涂层，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐用型超双疏涂层，其特征在于，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种耐用型超双疏涂层，其特征在于，包括聚硅氮烷涂层基体和分散在聚硅氮烷涂层基体中的纳米纤维微聚体；所述纳米纤维微聚体包括纳米纤维织构化、非织构化的微米级聚集体中至少一种。2.根据权利要求1所述耐用型超双疏涂层，其特征是，所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、甲基聚硅氮烷、乙烯基聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种；优选地，所述聚硅氮烷包括无机聚硅氮烷、氟改性聚硅氮烷中至少一种。3.根据权利要求1所述耐用型超双疏涂层，其特征是，所述纳米纤维微聚体中的纳米纤维数量不超过1000根，优选10根至100根。4.根据权利要求1所述耐用型超双疏涂层，其特征是，所述纳米纤维微聚体包括一级结构和二级结构；一级结构为纳米纤维微聚体的尺寸，粒径在1μm～50μm范围内，优选1μm～20μm，进一步优选1μm～10μm；二级结构为纳米纤维微聚体中纳米纤维的尺寸，直径在1nm～2000nm范围内，优选1nm～1000nm，进一步优选1nm～500nm。5.根据权利要求4所述耐用型超双疏...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丘沐，常俊，
申请(专利权)人：东南大学苏州医疗器械研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32