一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法，其中，所述制备方法包括步骤：选取三种不同密度、不同粒径的微纳米颗粒；对粒径和密度较小的微纳米颗粒进行疏水改性；将经过疏水改性的微纳米颗粒以及未经过疏水改性的微纳米颗粒分别与粘合剂溶液混合，对应制得固体填充物含量依次逐渐降低的第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液；将所述第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液依次喷涂在基底表面，固化后制得所述微纳复合超疏水耐磨涂层。本发明专利技术制备的涂层的接触角可以达到160

【技术实现步骤摘要】
一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超疏水表面
，特别涉及一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]液体对固体表面的润湿和抗润湿是一种常见的自然现象，表面润湿性是液体在固体表面上展开的一种能力，这种现象与人类的生产和生活密切相关。超疏水表面，即水在固体表面有极高的接触角(CA>150
°
)、低后置接触角(CAH)和极低的滚动角(SA<5
°
)。
[0003]研究人员通过对多种具有表面超疏水现象的动植物进行研究，发现它们的表面都同时具有粗糙的微纳复合结构，通过分析其表面化学组成，能得到它们表面都覆盖了一层低表面能的化合物。由此，可以得出当材料表面具有粗糙结构的同时且具有低表面能时，材料表面能够具备超疏水特性。这一特性不仅减少了水在表面的粘附，也会减少材料表面的腐蚀，从而赋予材料优异的防雾、防冰、耐腐蚀等性能。并且其极小的滚动角可以使水滴滑落从而带走固体表面的杂质，使得超疏水表面也具有自清洁性。由于表面的润湿性是由表面能和表面形貌共同支配，所以调控表面粗糙度或化学组成都是常用的构建超疏水表面的方法。
[0004]目前超疏水材料的大量研究主要集中在三个方面：疏水材料的制备方法与技术；超疏水性背后的理论机理；以及超疏水材料的应用。固体表面要实现超疏水性能需要有严格的表面微纳复合粗糙结构和极低的表面能。超疏水材料在自清洁、放粘附、油水分离、控释药物等诸多领域都有广阔应用前景。研究人员也对表面形貌、润湿性等超疏水性机理方面进行深入研究，产生了三种经典模型来解释其表现出的亲疏水现象的机理：Young`s模型、Wenzel模型、Cassie
‑
Baxter模型。对于材料的疏水性能主要是基于材料表面的微纳分级结构和低表面能的共同作用，则根据疏水材料的这两个基本特点，研究人员提出了制备超疏水材料的多种方法。第一，通过化学方法直接在材料表面上形成氟、碳、硅的化合物，得到表面能低的粗糙涂层；第二，直接将基材表面粗糙化，然后在基材上低表面能的薄膜和涂层；第三，采用光刻、高能束和机械腐蚀等微纳工艺对基底进行加工。目前制备薄膜和涂层的方法有溶胶凝胶法、相分离法、电化学法、模板法、等离子气相沉积法等。
[0005]超疏水材料在自清洁、耐腐蚀、防冰覆、油水分离、流体减阻、船体防污、挡风玻璃和建筑涂料等诸多领域都有广泛的应用前景。但目前人工超疏水的制备仍然停留在实验室阶段，无法实现大规模工业化应用，其有以下两个方面原因：
[0006](1)人工超疏水表面的微纳粗糙结构非常脆弱，机械稳定性差。当在应用过程中很容易受到机械磨损，导致表面丧失超疏水性；
[0007](2)目前，所报道的人工超疏水表面耐久性差，表面低表面能物质易受环境因素影响而被破坏。当人工超疏水表面处于强酸强碱、油烟和强紫外等的特殊环境中时，表面超疏水特性难以长时间保持。
[0008]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0009]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法，旨在解决现有技术制备的疏水涂层耐磨性较差、以及疏水性能较差的问题。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，包括步骤：
[0012]选取三种不同密度、不同粒径的微纳米颗粒，其中，第一微纳米颗粒为高密度、大粒径微纳米颗粒，第二微纳米颗粒为中密度、中粒径微纳米颗粒，第三微纳米颗粒为低密度、小粒径微纳米颗粒；
[0013]对所述第三微纳米颗粒进行疏水改性，得到具有疏水性能的第三疏水微纳米颗粒；
[0014]将所述第一微纳米颗粒、第二微纳米颗粒以及第三疏水微纳米颗粒分别与粘合剂溶液混合，对应得到第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液；
[0015]将所述第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液依次喷涂在基底表面，固化后制得所述微纳复合超疏水耐磨涂层。
[0016]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述第一微纳米颗粒的粒径大于100μm小于1mm；所述第二微纳米颗粒的粒径大于5μm小于100μm；所述第三微纳米颗粒的粒径小于5μm。
[0017]所述微纳米复合超疏水涂层的制备方法，其中，所述第一微纳米颗粒为金属粉体、实心玻璃球和破碎陶瓷颗粒中的一种或多种；所述第二微纳米颗粒为三氧化二铝微球、粉碎的多孔耐火砖微颗粒和沸石颗粒中的一种或多种；所述第三微纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、空心玻璃微珠和聚四氟乙烯颗粒中的一种或多种。
[0018]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，对所述第三微纳米颗粒进行疏水改性的步骤包括：
[0019]将所述第三微纳米颗粒与低表面能化合物按照预定比例混合在有机溶剂中，使所述微纳米颗粒与所述低表面能化合物直接相互配合成键，得到第三疏水微纳米颗粒。
[0020]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述第三微纳米颗粒与所述低表面能化合物按照5
‑
100:1的摩尔比混合在有机溶剂中。
[0021]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述低表面能化合物为长链烷胺、含氟硅烷偶联剂和长碳链硅氧烷中的一种或多种；所述有机溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、庚烷中的一种或多种。
[0022]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述粘合剂溶液包括易挥发有机溶剂，以及溶解在在所述易挥发有机溶剂中的粘合剂，所述粘合剂的重量浓度百分比为1
‑
50％。
[0023]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述粘合剂为PDMS、聚氨酯、硅橡胶、环氧树脂中的一种或多种；所述易挥发有机溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、庚烷中的一种或多种。
[0024]所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，所述第一微纳米颗粒混合液的固体填充物含量为10wt.％
‑
50wt.％；所述第二微纳米颗粒混合液的固体填充物含量为
8wt.％
‑
10wt.％；所述第三疏水微纳米颗粒混合液的固体填充物含量为8wt.％以下。
[0025]一种微纳复合超疏水耐磨涂层，其中，采用本专利技术所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法制得。
[0026]有益效果：与现有技术相比，本专利技术制备的微纳复合超疏水耐磨涂层具有优异的耐磨性，良好稳定性以及优异超疏水性等优点，该涂层表面设计有粗糙度很大的微纳复合粗糙结构，并在涂层中的微纳米颗粒上加入疏水基团降低涂层表面能，与其他超疏水材料相比，该超疏水涂层表面在磨损后，仍能保持良好的超疏水性能；本专利技术采用简单的冷喷涂法在基底表面构建微纳复合粗糙结构的超疏水表面，此工艺过程简单可控，绿色安全，能耗低、成本低，可实现大面积范围内的超疏水表面制备，有一定使用价值；本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括步骤：选取三种不同密度、不同粒径的微纳米颗粒，其中，第一微纳米颗粒为高密度、大粒径微纳米颗粒，第二微纳米颗粒为中密度、中粒径微纳米颗粒，第三微纳米颗粒为低密度、小粒径微纳米颗粒；对所述第三微纳米颗粒进行疏水改性，得到具有疏水性能的第三疏水微纳米颗粒；将所述第一微纳米颗粒、第二微纳米颗粒以及第三疏水微纳米颗粒分别与粘合剂溶液混合，对应制得固体填充物含量依次逐渐降低的第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液；将所述第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液依次喷涂在基底表面，固化后制得所述微纳复合超疏水耐磨涂层。2.根据权利要求1所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述第一微纳米颗粒的粒径大于100μm小于1mm；所述第二微纳米颗粒的粒径大于5μm小于100μm；所述第三微纳米颗粒的粒径小于5μm。3.根据权利要求1所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述第一微纳米颗粒为金属球、实心玻璃微珠和破碎陶瓷颗粒中的一种或多种；所述第二微纳米颗粒为三氧化二铝微球、粉碎的多孔耐火砖微颗粒和沸石颗粒中的一种或多种；所述第三微纳米颗粒为纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝、空心玻璃微珠和聚四氟乙烯颗粒中的一种或多种。4.根据权利要求1所述微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其特征在于，对所述第三微纳米颗粒进行疏水改性的步骤包括：将所述第三微纳米颗粒与低表面能化合物按照预定比例混合在有机溶剂中，使所述微纳米颗粒与所述低表面能化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，刘港，徐政和，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：