一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料及其制备方法。所述涂层材料表面构筑有微纳两级粗糙结构，具有可调的润湿性。本发明专利技术方法通过水蒸气氛围下固化，在涂层表面构筑分级粗糙，赋予表面可调的润湿性，使涂层具有较强的粘接强度。所制备涂层材料的具有良好的热、机械、化学稳定性，较高的表面能与粘接强度，有望为氟碳涂料的深入开发应用提供一定思路。供一定思路。供一定思路。

【技术实现步骤摘要】
一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂层制备
，涉及一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氟碳涂层是以氟烯烃聚合物或氟烯烃和其他单体共聚物为成膜物质涂层的统称。氟碳涂层在建筑、化工、电器等领域得到广泛应用。氟碳涂层主要有聚偏氟乙烯(PVDF)氟碳涂层和氟烯烃与烷基乙烯基醚或酯的共聚物(FEVE)氟碳涂层。PVDF树脂是以—CH2—CF2—为结构单元的链状结晶聚合物。聚偏氟乙烯树脂与其它氟碳树脂类似，F原子电负性强，C—F键牢固，是强极性共价键，具有高化学惰性。本专利技术主要采用商业化的PVDF作为涂层材料，主要是因为以PVDF为主要成分的氟碳涂层显示出了超强的耐候性和耐化学药品性，同时还具有表面张力低、摩擦力小、疏水和自洁等优异性能。
[0003]CN201510246195.2《一种纳米构造的聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法》中提出PVDF基体中均匀分布通过化学键连接的离子液体，其目的是为了提高PVDF的导电性。但是并没有发掘将其在涂层制备
的潜力。由于PVDF树脂涂层较低的表面能，其对基材的界面粘接较差，施工要求较为苛刻。因此为了解决PVDF涂层对基材附着力差的问题，研究者们一直在通过对PVDF材料进行改性来获得性能更稳定的PVDF材料。例如，在涂层体系中通常与丙烯酸酯类聚合物共混改善附着力。然而现有的改性的方法面临诸多问题：1.改性后的材料存在性能不均匀性和不稳定的问题；2.助剂对环境造成污染等问题；所以本专利技术主要涉及一种长久稳定的聚偏氟乙烯涂层的改性方法。
[0004]本专利技术通过水蒸气氛围下固化，在涂层表面构筑分级粗糙，赋予表面可调的润湿性，使涂层具有较强的粘接强度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料的制备方法。
[0006]该方法具体步骤如下：
[0007]步骤(1)、将聚偏氟乙烯PVDF和离子液体IL分别置于真空干燥箱里，在60～100℃下干燥至重量不再减轻；
[0008]所述离子液体IL与PVDF的质量比为2～40：100；
[0009]作为优选，离子液体IL与PVDF的质量比为20：100。
[0010]所述的离子液体IL为含不饱和键的离子液体；
[0011]优选地，所述含不饱和键的离子液体为咪唑类离子液体，主要原因咪唑类离子液体具有较好的亲水性和较高的表面能，能够对PVDF起到较好的改性作用；其中阳离子结构式如下：
[0012][0013]其中R1为C1～C
24
的烷基或含C2～C
24
烯基；R2为含C2～C
24
烯基；
[0014]所述离子液体的阴离子为PF6‑
、BF4‑
、Br
‑
、Cl
‑
、I
‑
、NO3‑
、CF3CO2‑
、CH3COO
‑
、(CF3SO3)2N
‑
；
[0015]步骤(2)、将干燥后的聚偏氟乙烯和离子液体混合加入熔融混炼设备，180～210℃下熔融混炼5～10min；
[0016]作为优选，步骤(2)熔融混炼温度为190℃，混炼时间为5min；
[0017]作为优选，所述的熔融混炼设备为密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或注射机等各种工业上常用的装置；
[0018]步骤(3)、将经熔融混炼后的上述混合物从熔融混炼设备出料，并冷却至常温，经熔融压片制备得到厚度为1～500μm的薄膜；
[0019]步骤(4)、将步骤(3)制得的薄膜置于聚乙烯袋中，常温真空下进行辐射照射，然后进行甲醇索氏抽提72～144h，得到离子液体接枝的聚偏氟乙烯薄膜(PVDF
‑
g
‑
IL)；
[0020]所述辐射照射为电子束辐照，吸收剂量为25～75kGy，优选为50kGy；
[0021]步骤(5)、60～80℃下，将步骤(4)所得离子液体接枝的聚偏氟乙烯薄膜、致孔剂和溶剂按质量比0.92～0.98：0.02～0.08：5的配比进行溶液共混一段时间；
[0022]作为优选，所述溶剂选用N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)；
[0023]作为优选，致孔剂选用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)或聚环氧乙烷(PEO)；
[0024]步骤(6)、将步骤(5)所得共混后的溶液均匀地涂在基底上，在温度15
‑
25℃，相对湿度60
‑
80％的水蒸气氛围中固化1
‑
3h，干燥成型；
[0025]作为优选，步骤(6)固化时间为2h；
[0026]所述基底包括金属、陶瓷、玻璃、木材、织物等各种常见材料；
[0027]上述方法制备仅需使用常用的溶液共混设备，工业制备简单，其辐射所需要的设备为常用辐照源。
[0028]步骤(7)、将上述改性聚偏氟乙烯材料置于全氟辛酸钠(NaPFO)溶液中进行阴离子交换，通过调控阴离子交换时间进行润湿性调控，由亲水态变为疏水态。
[0029]作为优选，全氟辛酸钠(NaPFO)溶液的浓度为0.05～100mM。
[0030]作为优选，阴离子交换时间为30～300s。
[0031]作为优选，还可以包括如下步骤：
[0032]步骤(8)、将步骤(7)所得改性聚偏氟乙烯材料置于氯化钠(NaCl)溶液中进行阴离子交换，通过调控阴离子交换时间进行逆向的润湿性调控，由疏水态变为亲水态。
[0033]作为优选，氯化钠(NaCl)溶液的浓度为0.1～1.0M。
[0034]作为优选，阴离子交换时间为0～24h。步骤(8)和步骤(7)中对润湿性的调控可逆。
[0035]本专利技术的第二个目的是提供表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料，采用上述方法制备得到，其表面构筑有微纳两级粗糙结构，包括3
‑
5μm的微球和空洞，50
‑
200nm的乳突和褶皱；赋予表面可调的润湿性，使涂层具有较强的粘接强度。
[0036]材料表面的润湿性由化学组成和表面形貌共同决定。在本专利技术中，材料本身的化学组成可以由离子交换进行可逆调控，不同离子间存在亲疏水性差异，此种差异经涂层特有的表面形貌微纳两级粗糙结构得以放大，水接触角的调控范围可达0
°
～150
°
。当涂层处于亲水状态时，因其对胶粘剂良好的润湿性，显著增强粘接强度。
[0037]本专利技术的有益效果：
[0038]本专利技术接枝的离子液体具有较好的亲水性和较高的表面能，使材料长久稳定地保持很好的改性效果，同时通过在水蒸气氛围下固化，赋予涂层表面微纳分级粗糙结构，从而使涂层具有表面可调的润湿性，同时提升胶粘剂的界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤(1)、将聚偏氟乙烯PVDF和离子液体IL分别置于真空干燥箱里，在60～100℃下干燥至重量不再减轻；所述离子液体IL与PVDF的质量比为2～40：100；所述离子液体IL为含不饱和键的离子液体；步骤(2)、将干燥后的聚偏氟乙烯PVDF和离子液体IL混合加入熔融混炼设备，180～210℃下熔融混炼5～10min；步骤(3)、将经熔融混炼后的上述混合物从熔融混炼设备出料，并冷却至常温，经熔融压片制备得到厚度为1～500μm的薄膜；步骤(4)、将步骤(3)制得的薄膜置于聚乙烯袋中，常温真空下进行辐射照射，然后进行甲醇索氏抽提72～144h，得到离子液体接枝的聚偏氟乙烯薄膜PVDF
‑
g
‑
IL；所述辐射照射为电子束辐照，吸收剂量为25～75kGy；步骤(5)、60～80℃下，将步骤(4)所得离子液体接枝的聚偏氟乙烯薄膜、致孔剂和溶剂按质量比(0.92～0.98)：(0.02～0.08)：5进行溶液共混一段时间；步骤(6)、将步骤(5)所得共混后的溶液均匀地涂在基底上，在温度15
‑
25℃，相对湿度60～80％的水蒸气氛围中固化1
‑
3h，干燥成型；步骤(7)、将上述改性聚偏氟乙烯材料置于全氟辛酸钠NaPFO溶液中进行阴离子交换，通过调控阴离子交换时间进行润湿性调控，由亲水态变为疏水态。2.根据权利要求1所述的一种表面具有分级粗糙的改性聚偏氟乙烯涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述离子液体为咪唑类离子液体，其中阳离子结构式如下：其中R1为C1～C
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的烷基或含C2～C
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烯基；R2为含C2～C
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烯基；所述离子液体的阴离子为PF6‑
、BF4‑
、Br
‑
、Cl
‑
、I

【专利技术属性】
技术研发人员：由吉春，李勇进，石嘉辉，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：