具有持久超疏水性的自清洁涂层材料及其制备方法与流程

本发明属于化工新材料领域，具体涉及一种具有持久超疏水性的自清洁涂层材料及其制备方法。

背景技术

近年来超疏水表面因其广阔的应用前景备受研究人员的关注。多尺度结构和低表面能物质是获得超疏水的两个关键因素^1-2，因此，可以利用两种技术获得超疏水表面：在低表面能材料上形成粗糙表面，或利用低表面能材料对粗糙表面进行改性。因为具有超疏水性，这种表面表现出极好的自清洁性能，这种性能在工业生产和生物医药等领域有很好的应用前景，例如建筑外墙、内墙的涂层，抗霜冻窗户，油水分离以及医药领域的抗细菌粘附等等^3-5。

许多技术手段已被应用于制备超疏水表面，例如，蚀刻法⁶，溶胶-凝胶法⁷和化学气相沉积(cvd)⁸等。但是，由于生产过程复杂、设备特殊、条件苛刻、成本高、稳定性差等问题，使得超疏水涂层的大规模生产应用受到限制。因此一些简单的方法例如喷涂、刮涂等将逐渐取代上述复杂的制造生产超疏水涂层的方法。同时，为了使得超疏水涂层能够在工业上大规模的生产应用，除生产技术外，价格、污染、涂层的稳定性等问题也亟待解决。

目前二氧化钛改性超疏水涂层受到了广大研究人员的关注。二氧化钛因其优异的光催化活性可赋予超疏水表面光降解污染物的性能，其中纳米二氧化钛由于具有巨大的比表面积因此可以大大提高光催化效率^9-10。然而，这种光催化活性也将降解超疏水涂层中的有机组分，从而使得超疏水涂层的润湿性改变。因此设计一种同时兼具耐持久性与光催化性的超疏水涂层成为了目前的技术难题。

参考文献

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技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适合大规模制备的具有持久超疏水性的自清洁涂层材料及其制备方法，所得到的涂层兼具超疏水性与光催化活性，不仅能够通过水滴的滚落带走灰尘等污染物，而且能够通过光催化降解其表面油性有机污染物，从而实现涂层自清洁性能并使涂层的超疏水性长期存在。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：具有持久超疏水性的自清洁涂层材料，其特征在于其中的二氧化钛纳米粒子的含量为聚二甲基硅氧烷含量的100％-150％。

当含量小于100％时，涂层不能表现为超疏水；当含量大于150％时，涂层的持久性会受到影响，而且会造成二氧化钛粒子的浪费。

按上述方案，所述的二氧化钛纳米粒子的尺寸为25-100nm。

按上述方案，所述的涂层材料，其涂层厚度为50-100μm。

所述的超疏水涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

1)超疏水涂料的制备：将聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分和b组分按比例充分混合，之后将混合物溶于己烷-无水乙醇混合溶剂中，在室温下超声分散使之充分溶解，之后加入一定量的二氧化钛纳米粒子，先机械搅拌，接着超声分散，即得超疏水涂料；

2)不同基底上超疏水涂层的制备：采用喷涂的方式将步骤1)所得的涂料涂覆在基材的表面，形成一层均匀的超疏水涂层，加热固化。

按上述方案，步骤1)中机械搅拌时间为10-20min，超声分散时间为10-20min。

按上述方案，步骤1)中聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分为粘合剂，b组分为a组分的固化剂，a组分与b组分的质量比为10:1。

按上述方案，步骤1)中己烷-无水乙醇混合溶剂中己烷与无水乙醇的质量比为1:2-1:3。

按上述方案，步骤1)中聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分与二氧化钛纳米粒子的质量比为1:1-1:1.5。

按上述方案，所述的加热固化温度为100℃-150℃，时间为10min-50min。

由于二氧化钛纳米粒子在分散液中的团聚现象，使涂层具有微纳米结构，使得涂层表现为超疏水性；此外由于聚二甲基硅氧烷能够抵抗二氧化钛的光降解，因此涂层具有良好的耐久性，并通过二氧化钛的光催化特性降解有机污染物从而表现出突出的自清洁性。

本发明所述的超疏水涂层具有以下优点：

1)涂层制备方法以及操作设备简单，采用喷涂的方法制备超疏水涂层，有利于大规模的生产。

2)适用性广，适用于各种固体基底，包括金属、玻璃、塑料、橡胶等，可用作建筑物外墙涂料，金属防锈蚀表面涂料等。

3)具有很好的耐久性，在紫外灯(波长为365nm)下照射7天，以及在室外放置3个月后仍具有超疏水性。

4)不仅能够利用水滴带走落在表面的灰尘，而且二氧化钛的光催化特性能够降解其表面的油性有机污染物，使得涂层具有长久的超疏水性。

附图说明

图1为实施例1中不同液体在涂层表面的润湿情况以及sem图；

图2为实施例1中所得玻璃基底超疏水涂料涂层清洁其表面灰尘图、油酸降解与照射时间的关系曲线以及紫外光照射降解污染物五个循环前后水接触角的变化曲线；

图3为实施例3中不同基底上涂层的疏水性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明所采用的聚二甲基硅氧烷dowcorning184包含两个组分：预聚物a和固化剂b，预聚物a的成分为聚二甲基硅氧烷的预聚物，还有微量铂催化剂，固化剂b的成分就是固化交联剂。

实施例1

1)超疏水涂层涂料制备：分别称取0.8g和0.08g聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分和b组分(即预聚物a和固化剂b)，搅拌，使两者充分混合。向混合物中加入2.4g己烷，4.8g无水乙醇，在室温下超声分散10min使混合物在己烷-无水乙醇混合溶剂中充分溶解。之后向溶液中加入0.8g纳米二氧化钛粒子，摇匀溶液，磁力搅拌10min后再超声分散10min得到超疏水涂料。

2)将所得涂料通过3mm口径喷枪喷涂在玻璃片基底上并在120℃下加热40min即可得超疏水喷涂涂层。

本发明实施案例1所得的超疏水涂层能够使其表面不同种类的液体保持球状(图1a)；sem图像表示，涂层具有微纳米多级结构，其表面水接触角可达160°(图1b)。所得玻璃基底超疏水涂料涂层可以利用滚落的水滴清洁其表面灰尘(图2a)；涂层表面被油酸污染后，经紫外光照射后可将其降解，并表现出高效的光催化特性(图2b)，此外在如此五个循环内涂层仍具有出良好的光催化特性(图2b)。

实施例2

1)超疏水涂层涂料制备：分别称取0.8g和0.08g聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分和b组分，搅拌，使两者充分混合。向混合物中加入1.6g己烷，3.2g无水乙醇，在室温下超声分散10min使混合物在己烷-无水乙醇混合溶剂中充分溶解。之后向溶液中加入0.8g纳米二氧化钛粒子，摇匀溶液，磁力搅拌10min后再超声分散10min得到超疏水涂料。

2)将所得涂料通过3mm口径喷枪喷涂在玻璃片基底上并在120℃下加热40min后即可得超疏水喷涂涂层。

实施例3

1)超疏水涂层涂料制备：分别称取0.8g和0.08g聚二甲基硅氧烷dowcorning184a组分和b组分，搅拌，使两者充分混合。向混合物中加入2.4g己烷，4.8g无水乙醇，在室温下超声分散10min使混合物在己烷-无水乙醇混合溶剂中充分溶解。之后向溶液中加入0.8g纳米二氧化钛粒子，摇匀溶液，磁力搅拌10min后再超声分散10min得到超疏水涂料。

2)将所得涂料通过3mm口径喷枪分别喷涂在棉布、硅片、橡胶、纸片四种不同基底上，并在120℃下加热40min后即可得超疏水喷涂涂层。

如附图3所示，亚甲基蓝染色水滴在棉布(图3a)，橡胶(图3b)，硅片(图3c)，纸片(图3d)四种不同的基底上呈球形，可以表明实施例3所得涂层在不同固体基底上均表现为超疏水，说明这种超疏水涂层的制备方法适用于多种不同的基底材料。