一种微胶囊型自修复超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微胶囊型自修复超疏水涂层，由如下重量百分比的组分组成：聚合物基体35～51％和包覆氟硅烷的微胶囊49～65％。本发明专利技术的超疏水涂层具有较好的疏水性能，微胶囊内部储存的氟硅烷，在表面自由能的驱动下迁移到胶囊表面，提供低表面能物质，在受磨损破坏后，从破裂的胶囊中释放以修复受损的超疏水表面；微胶囊和聚合物基体共混形成“一体化”的自相似结构，表层的粗糙结构受损后，暴露出的新鲜表面仍然具有较高的粗糙度，大大减弱了化学腐蚀或外力磨损导致的低表面能组分损失和表面粗糙度降低，通过微胶囊和聚合物基体的协同作用，修复涂层受损的超疏水表面。本发明专利技术还提供了一种微胶囊型自修复超疏水涂层的制备方法。

A microencapsulated self-repairing superhydrophobic coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种微胶囊型自修复超疏水涂层及其制备方法
本专利技术属于超疏水材料
，具体涉及一种微胶囊型自修复超疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
超疏水表面(接触角大于150°和滚动角小于10°)性能优异，因此在很多领域，如自清洁、抗腐蚀、防覆冰、减阻、防污等领域具有广泛的应用前景。然而，人造超疏水表面在实际使用过程中耐久性不佳，容易因刮擦、磨损等物理破坏而丧失超疏水性能，大大限制了超疏水材料的应用。赋予超疏水材料自修复性能，在材料受损时自发启动修复“程序”、弥补损伤对材料结构和组分造成的不利影响、修复受损的超疏水性能，可有效延长材料的使用寿命，对拓展其应用领域具有十分重要的意义。目前，自修复型超疏水材料的构建主要有两种途径，一种途径是构建自动补足低表面能组分的超疏水体系，对于单纯疏水组分的缺失，只需及时补充表面的低表面能组分，利用其自发向材料表面迁移重排的特性，即可实现超疏水性的修复。关于这种途径可以预先在基体内埋植低表面能物质，通过外援补充的方式来修复，如Wang等人“Self-healingsuperhydrophobicmaterialsshowingquickdamagerecoveryandlong-termdurability”,Langmuir,2017,vol.33,pp.9972-9978以及Chen等人“Fabricationofall-water-basedself-repairingsuperhydrophobiccoatingsbasedonUV-responsivemicrocapsules”,Adv.Funct.Mater,2015,Vol25,pp.1035-1041通过外援补充的方式来修复。此外，还可以通过本体补充的方式实现修复，如中国专利CN101791608中提出的自修复超疏水涂层的制备方法。这种方法构造出的自修复型超疏水涂层，一旦涂层表面的低表面能物质被紫外线或酸雨分解，涂层内部的低表面能分子能够自发向涂层表面迁移，补充表层低表面能物质，从而实现对受损的超疏水性能的修复。然而，这种方法涂层构造步骤繁多，工艺较复杂，修复响应条件缺乏针对性，不适合大面积使用，故而在实际应用中有一定的局限性。构筑自修复型超疏水材料的另一种途径是设计能重建多级微-纳结构的超疏水体系，如果材料受到严重破坏，化学组分与表面粗糙结构同时受损，可通过材料的结构设计同时实现缺失组分的补充和形貌结构的重建。如Lv等人“Self-RestorationofSuperhydrophobicityonShapeMemoryPolymerArrayswithBothCrushedMicrostructureandDamagedSurfaceChemistry”.Small,2017,Vol.13,pp.1503402利用形状记忆高分子的形状记忆效应进行重建，但该方法需要对材料进行精细的设计。此外，还可以通过表层剥离的方法重建粗糙结构，如Li等“Polysiloxane/multiwalledcarbonnanotubesnanocompositesandtheirapplicationsasultrastable,healableandsuperhydrophobiccoatings”,Carbon,2015,Vol.93,pp.648-658，但该方法为了提高修复次数，材料受损后的剥离程度尚需人工合理干预。中国专利CN103409028提供了一种光催化型自修复超疏水涂料，当涂层表面被磨损后，原有微-纳结构的破坏导致超疏水性丧失，而UV辐照可使涂层表面的成膜树脂快速降解，从而暴露出疏水改性的纳米粒子。同时，低表面能物质在表面自由能的驱动下自发向表面迁移，两方面的协同作用实现了低表面能物质和微-纳结构的同时修复。这类自修复型超疏水材料修复效果好，操作便利，其不足主要在于光致降解作用的针对性有限，需要对涂层组分进行特定的结构设计。中国专利CN108641421采用十八胺改性氧化石墨烯，得到疏水化石墨烯纳米粒子，并以之构造出石墨烯基自修复超疏水材料；当涂层受到使用环境中紫外线、酸、碱、离子刻蚀的影响而丧失超疏水性时，表面结构自发重组并恢复到未受损状态，实现超疏水性能的自修复。该涂层制备方法简单，基材适用面广，室温下即可实现修复，但涂层之间的结合力不强，在一定程度上影响了其使用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种微胶囊型自修复超疏水涂层，该自修复超疏水材料的修复效果好、普适性强；本专利技术另一方面的目的在于，提出一种微胶囊型自修复超疏水涂层的制备方法，该制备方法工艺简单。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种微胶囊型自修复超疏水涂层，其由如下重量百分比的组分组成：聚合物基体35～51％和包覆氟硅烷的微胶囊49～65％。本专利技术的技术方案还提供一种微胶囊型自修复超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：按重量百分比称取聚合物基体和包覆氟硅烷的微胶囊，将聚合物基体和微胶囊混合成悬浊液，将悬浊液涂在基材上，经25～40℃下固化1～3h后再经70～90℃下固化1～3h，得到成品。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1、本专利技术提供的微胶囊型自修复超疏水涂层充分发挥了微胶囊自身的结构和组分优势，微米级的胶囊和纳米级的表面凸起，满足了超疏水材料所需的微-纳多级结构，且微胶囊内部储存的氟硅烷作为低表面能修复剂，既可在表面自由能的驱动下迁移到胶囊表面，提供低表面能物质，也可在受磨损破坏后，从破裂的胶囊中释放以修复受损的超疏水表面；2、微胶囊和聚合物基体共混形成“一体化”的自相似结构，表层的粗糙结构受损后，暴露出的新鲜表面仍然具有较高的粗糙度，大大减弱了化学腐蚀或外力磨损导致的材料表面低表面能组分损失和粗糙度降低，通过微胶囊和聚合物基体的协同作用，修复涂层受损的超疏水表面；3、当超疏水涂层的结构或组分未受损时，氟硅烷可缓慢向涂层-空气界面迁移，源源不断的进行低表面能物质的供应；当超疏水涂层的结构或组分受损时，超疏水涂层能自发修复受损组分，无需人为干涉，若提供升温等有利的人工干涉条件，可大幅缩短修复超疏水性能所需的时间；当超疏水涂层受到严重损伤导致胶囊破裂时，其中的氟硅烷迅速释放，发生水解反应产生的羟基与基材锚定，修复受损的超疏水表面；4、聚合物基体使微胶囊之间、微胶囊与涂覆基材之间的粘结良好，提高了涂层的耐久性；5、本专利技术提供的超疏水涂层可应用于塑料、铝板、铁板、木材、布料、海绵、纸张、水泥、大理石、砖块等平面或曲面基材，普适性强；6、本专利技术提供的微胶囊型自修复超疏水涂层的制备方法，制备工艺简单、成本较低，易于大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例11中的超疏水涂层在酸蚀-修复循环中水相接触角的变化结果图；图2为本专利技术实施例11中的超疏水涂层的水相接触角在2000次磨损过程中的变化结果图；图3为本专利技术实施例11中的超疏水涂层的水相、油相接触角在200次磨损过程中的变化结果图；图4为本专利技术实施例10中的超疏水涂层的水相接触角和滚动角随落沙高度的变化及修复效果图；图5为本专利技术实施例10中的超疏水涂层的水相接触角和滚动角随落沙重量的变化及修复效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，其由如下重量百分比的组分组成：聚合物基体35～51％和包覆氟硅烷的微胶囊49～65％。

【技术特征摘要】
1.一种微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，其由如下重量百分比的组分组成：聚合物基体35～51％和包覆氟硅烷的微胶囊49～65％。2.根据权利要求1所述的微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，所述包覆氟硅烷的微胶囊由囊芯和囊壁组成，所述囊芯为氟硅烷，所述囊芯占微胶囊总质量的40～70％。3.根据权利要求1或2所述的微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，所述氟硅烷为十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟烷基丙基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷和十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合；所述囊壁由囊壁预聚物交联而成，所述囊壁预聚物为三聚氰胺甲醛树脂、尿素甲醛树脂、三聚氰胺尿素甲醛共聚树脂、聚氨酯、聚酰胺和聚脲中的一种或几种的混合。4.根据权利要求1所述的微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，所述包覆氟硅烷的微胶囊的平均粒径≤80um。5.根据权利要求1所述的微胶囊型自修复超疏水涂层，其特征在于，所述聚合物基体为聚氨酯、聚酰胺、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷和聚乙烯中的一种或几种的混合。6.一种如权利要求1～5任一项所述的微胶囊型自修复超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚丽，周莹，肖绘，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42