一种强耐久性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强耐久性超疏水涂层及其制备方法，本发明专利技术以多巴胺自聚合形成的聚多巴胺作为粘结剂，其具有粘性大、生物和环境相容性好、稳定性好的特点；还具有良好的耐酸碱盐腐蚀性能，良好的耐热耐光照性能；以该物质为粘结剂能将纳米颗粒紧固的粘结在基底，为整个涂层提供良好的机械稳定性能。本发明专利技术使用的纳米颗粒超疏水改性剂为烷基硫醇或月桂酸或硬脂酸，不仅成本低，同时避免使用对环境有影响的含氟物质。本发明专利技术中纳米颗粒进行疏水化改性后表面仍然会存在一定数量的羟基，会与聚多巴胺的酚羟基形成共价键连接，增强了纳米颗粒与基底之间的粘结力，也增强了涂层的耐摩擦性能。

【技术实现步骤摘要】
一种强耐久性超疏水涂层及其制备方法
本专利技术具体涉及一种强耐久性超疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
PVC材料是以聚氯乙烯为主要成分，另外加入适当的增塑剂、抗老化、柔软剂等助剂，通过挤出或注塑方式加工制得的一种价格低廉、综合性能较好的塑料材料。由于PVC具有很好的机械性能、耐酸碱性、耐磨性、耐燃性和绝缘性能，因此PVC获得了广泛的应用，广泛应用于包装材料、人造革、异型材、管材和板材等，是国内五大通用树脂中产量最大的产品。在生产和使用方面，聚氯乙烯树脂相较于传统建筑材料更加节能，是国家重点推荐使用的化学建材。但是PVC的良好的绝缘性能使它容易积累静电荷，吸附环境中的灰尘和有机污染物，影响表面洁净度。PVC的耐热与耐光照性能不强，在光照下易老化，影响其性能。PVC与有机溶液接触时，所添加的增塑剂、防老剂等有毒性的辅助剂会逐渐析出，对环境与人体健康造成影响。同时据统计，到2018年末全国聚氯乙烯的总产能已经达到2404万吨，面对如此巨大的产量，对PVC上述缺陷进行改进具有重要意义。现有的许多改进方式主要是对聚氯乙烯原材料进行改性，也即对加工前的粉体通过添加其他助剂、填料等，使加工后的PVC材料具有更好的性能。但是这种方式只能根据客户具体的需求进行调整，不能对已经生产成型的材料进行改进，也不具有普适性。在PVC表面涂上一层涂层也是一种可行的改进方式，但现有的涂层存在使用有毒性有机物、成分复杂、工艺繁琐及耐久性不好的问题。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种强耐久性超疏水涂层及其制备方法。该涂层能赋予PVC表面优异的自清洁性能，同时能降低光线对PVC的老化作用；该涂层的制备过程不使用有毒性物质，涂层与PVC的粘结性能好，耐摩擦性好，稳定性好。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛进行超疏水改性，得到超疏水纳米颗粒；(2)将步骤(1)得到的超疏水纳米颗粒分散在溶剂中制成超疏水纳米颗粒均匀分散液；(3)将盐酸多巴胺加入缓冲液中，得到多巴胺缓冲溶液，并以一定比例与辅助溶剂混合制成多巴胺混合溶液；(4)将多巴胺混合溶液涂覆在PVC基材表面，使多巴胺自聚合形成聚多巴胺粘结层，再将步骤(2)制得的超疏水纳米颗粒分散液涂覆在PVC基材表面；(5)将步骤(4)得到的PVC进行清洗、干燥即可得到强耐久性超疏水涂层。进一步地，步骤(1)的具体过程为：将粒径为100～300nm的二氧化硅纳米颗粒、粒径为30～60nm的氧化铝纳米颗粒、粒径为20～60nm的二氧化钛纳米颗粒按照质量比为5-6:2-3:2-3加入有机溶剂中，超声分散，保持三种纳米颗粒的总质量-体积浓度为40～60mg/mL；超声频率为40KHz，时间为8～15min。再将低表面能物质按照浓度为2～4mg/mL加入上述溶液中，超声波震荡至低表面能物质完全溶解，再进行搅拌4～6小时；将混合液进行固液分离得到混合纳米颗粒，并进行清洗、干燥，即可得到超疏水纳米颗粒。所述清洗方法为将混合纳米颗粒用甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种进行清洗，然后分离，重复此操作两次，再用去离子水清洗、分离，重复此操作两次；所述分离方法为使用抽滤设备进行抽滤分离、使用离心机离心过滤、使用真空干燥设备干燥分离这三种方法中的至少一种，对应的操作参数如转速、抽气速率等应视分离量、设备的分离能力与其他主客观条件进行调整；所述干燥方法为环境温度下风干12～24小时或50～80摄氏度干燥4～8小时，干燥温度越低，相应的干燥时间应越长。进一步地，所述氧化铝纳米颗粒为γ晶型且粒径在30～60nm。进一步地，所述纳米二氧化钛为金红石型或锐钛型且粒径在20～60nm。进一步地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。进一步地，所述低表面能物质为长链烷基硫醇、硬脂酸、月桂酸中的一种。进一步地，步骤(2)的具体过程为：将超疏水纳米颗粒按照总分散质量-体积浓度为40～60mg/mL加入甲醇或者乙醇或者异丙醇或乙酸乙酯或乙酸丁酯中，超声波分散，得到超疏水纳米颗粒均匀分散液。进一步地，步骤(3)中，所述缓冲液为pH＝8.3～8.7的10mmol/L三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液。进一步地，步骤(3)中，将盐酸多巴胺加入三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，并使盐酸多巴胺的浓度为2～3mg/mL。进一步地，步骤(3)中，所述辅助溶剂为乙醇和乙二醇；所述多巴胺缓冲溶液：乙醇：乙二醇的体积比为4:2:0～2。进一步地，步骤(4)的具体过程为：将PVC基材依次用有机溶剂和去离子水冲洗，然后将基材浸入步骤(3)制得的多巴胺混合溶液中，静置2小时使基底上形成聚多巴胺粘结层；再将PVC基材取出浸入步骤(2)制得的均匀分散液中1小时，使疏水纳米颗粒粘附在基底表面；清洗时的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯或甲苯中的至少一种。进一步地，步骤(4)具体过程为：将PVC基材依次用有机溶剂和去离子水冲洗，然后将PVC基材在环境温度下风干12～24小时，或50～80摄氏度下干燥4～8小时，将步骤(3)制得的多巴胺混合溶液刷涂或喷涂在清洗且干燥好的PVC基底表面，静置2小时使基底上形成聚多巴胺粘结层；再将步骤(2)制得的均匀分散液刷涂或喷涂在PVC基底表面，使疏水纳米颗粒粘附在基底表面。清洗时的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯或甲苯中的至少一种。一种强耐久性超疏水涂层，采用以上所述的制备方法制得。进一步地，本专利技术制得的涂层适用的PVC基材为PVC薄膜、PVC管和PVC板的一种。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术使用粘结剂将超疏水纳米颗粒粘结在基底表面制成超疏水涂层，制备过程简单，对设备要求低，反应条件不苛刻，适应性广，适宜大规模制备。本专利技术以贻贝蛋白类似物多巴胺为粘结剂前体，以多巴胺自聚合形成的聚多巴胺作为粘结剂，其具有粘性大、生物和环境相容性好、稳定性好的特点。聚多巴胺具有极佳的粘性，几乎可以粘附在任何物质的表面；同时聚多巴胺作为一种在人体中存在的物质，其对自然环境和生物没有影响。聚多巴胺具有良好的耐酸碱盐腐蚀性能，有良好的耐热耐光照性能。以该物质为粘结剂能将纳米颗粒更加紧固的粘结在基底，为整个涂层提供良好的机械稳定性能，同时也能赋予涂层更好的化学、光、热稳定性能，极大的延长了涂层的寿命。(2)本专利技术使用的纳米颗粒超疏水改性剂为烷基硫醇或月桂酸或硬脂酸，与其他方案使用的含氟有机物和硅烷类物质相比，不仅在成本上有巨大的优势，同时避免使用对环境有影响的含氟物质。(3)本专利技术使用的超疏水性纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛组合颗粒，这三种颗粒都易被改性。纳米二氧化钛具有良好的紫外线屏蔽性能和良好的抗菌、自洁净、抗老化性能，能为涂层提供良好的耐光照、抗老化性能。纳米氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，包括以下步骤：/n(1)将纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛进行超疏水改性，得到超疏水纳米颗粒；/n(2)将步骤(1)得到的超疏水纳米颗粒分散在溶剂中制成超疏水纳米颗粒均匀分散液；/n(3)将盐酸多巴胺加入缓冲液中，得到多巴胺缓冲溶液，并以一定比例与辅助溶剂混合制成多巴胺混合溶液；/n(4)将多巴胺混合溶液涂覆在PVC基材表面，使多巴胺自聚合形成聚多巴胺粘结层，再将步骤(2)制得的超疏水纳米颗粒分散液涂覆在PVC基材表面；/n(5)将步骤(4)得到的PVC进行清洗、干燥即可得到强耐久性超疏水涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米二氧化钛进行超疏水改性，得到超疏水纳米颗粒；
(2)将步骤(1)得到的超疏水纳米颗粒分散在溶剂中制成超疏水纳米颗粒均匀分散液；
(3)将盐酸多巴胺加入缓冲液中，得到多巴胺缓冲溶液，并以一定比例与辅助溶剂混合制成多巴胺混合溶液；
(4)将多巴胺混合溶液涂覆在PVC基材表面，使多巴胺自聚合形成聚多巴胺粘结层，再将步骤(2)制得的超疏水纳米颗粒分散液涂覆在PVC基材表面；
(5)将步骤(4)得到的PVC进行清洗、干燥即可得到强耐久性超疏水涂层。


2.根据权利要求1所述的一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，步骤(1)的具体过程为：将粒径为100～300nm的二氧化硅纳米颗粒、粒径为30～60nm的氧化铝纳米颗粒、粒径为20～60nm的二氧化钛纳米颗粒按照质量比为5-6:2-3:2-3加入有机溶剂中，超声分散，保持三种纳米颗粒的总质量-体积浓度为40～60mg/mL。
再将低表面能物质按照浓度为2～4mg/mL加入上述溶液中，超声波震荡至低表面能物质完全溶解，再进行搅拌4～6小时；将混合液进行固液分离得到混合纳米颗粒，并进行清洗、干燥，即可得到超疏水纳米颗粒。


3.根据权利要求2所述的一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。


4.根据权利要求2所述的一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，所述低表面能物质为长链烷基硫醇、硬脂酸、月桂酸中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的一种强耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征是，步骤(2)的具体过程为：将超疏水纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宝金，崔晨乙，高秀峰，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32