一种CeO2-PDA/Al2O3@聚氨酯超疏水涂层及其制备方法和应用与流程

本发明属于超疏水材料制备，具体涉及一种ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超疏水性材料的发展与荷叶效应的发现密切相关——水滴能在荷叶表面自由地滚动，并带走其表面的灰尘，从而留下了“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的美名。众多科研工作者对荷叶的深入研究表明，荷叶的这种效应与其表面的粗糙结构密切相关。荷叶的粗糙结构一定程度上类似于微纳米尺寸的“山峰”和“山谷”结构。这些微纳米尺寸的“山峰”能有效地隔离水滴对“山谷”的接触，造成水滴与叶面间形成空气隔离层，从而排斥水滴与叶面的接触。以这种方式，水滴能在荷叶表面自由地滚动，并带走其表面的灰尘，从而形成荷叶效应。已经知道，水滴在荷叶表面的接触角可达150°以上，且水滴能在荷叶表面自由地滚动。由此，人们通常将超疏水性质定义为与水滴接触角大于150°、滚动角小于10°。自然中具有超疏水性的生物组织除了荷叶外，还包括玫瑰花、蝴蝶翅膀、水黾腿、蚊子复眼和各类植物叶子等。因此，可以通过模仿荷叶效应来制备超疏水性材料。

2、超疏水材料具有优异的性质，可以用于金属防腐、抗冰抗雾、防雨防水用具等。近年来，还将超疏水材料应用于家用器具、石油管道、沙漠集水、船只增浮等，并在应用中显现出无法比拟的突出优势。但是，现有的制备技术和方法制备得到的超疏水性材料在应用过程中普遍存在着无法温室喷涂有效固化、表面微纳米粒子易团聚、表面稳定性差、时效性短和耐候性差等不足，并且在应用一定时间后完全失去超疏水性能。上述不足导致超疏水性涂层的实际应用受到诸多限制，多数仅可适用于室内及小目标物，不具备产业推广价值。

3、因此，需要开发一种更具普适性、能经由简单喷涂制备且具有表面稳定性高的超疏水性涂层制备技术。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层及其制备方法和应用；本发明采用多巴胺对纳米粒子ceo2进行改性，提高其在聚氨酯主体涂层的分散性及稳定性，随后加入硅烷偶联剂kh560、氟硅烷改性剂以及纳米粒子al2o3进行混合，得到所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层(pda为聚多巴胺)；所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层具有可温室喷涂固化、表面稳定性高、表面微纳米粒子不易团聚、时效性长和耐候性好等突出优势；所述超疏水涂层可在室温下实现制备，在物体表面超疏水化处理具有较佳的应用前景，具备较强的实用功能和产业推广价值。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术手段：

3、本发明首先提供一种ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层，所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层具有仿荷叶状粗糙表面；所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层以聚氨酯为主体涂层，主体涂层上分散有ceo2-pda和疏水改性的纳米粒子al2o3；所述ceo2-pda是在ceo2表面包覆聚多巴胺(pda)。

4、本发明还提供了上述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层的制备方法，具体包括如下步骤：

5、(1)将ceo2分散于无水乙醇-tris hcl缓冲液中，然后向其中加入多巴胺，水浴加热条件下搅拌反应得到悬浮液a，备用；

6、将al2o3分散于无水乙醇-水溶液中，向其中加入硅烷偶联剂kh560、氟硅烷fas-13，调节ph值，接着在室温下搅拌搅拌反应得到悬浮液b，备用；

7、将聚氨酯分散于无水乙醇-水溶液中，搅拌均匀得到聚氨酯溶液，备用；

8、(2)将悬浮液b与聚氨酯溶液混合，混合均匀后向其中加入悬浮液a，搅拌混合均匀得到喷涂液；将喷涂液涂覆在物体表面，室温下快速固化，得到所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层。

9、优选地，步骤(1)悬浮液a中，ceo2、无水乙醇-tris hcl缓冲液、多巴胺的质量比为0.60～1.20：18.95～37.90：0.16～0.32；

10、所述ceo2的粒径为20～50nm；

11、所述水浴加热的温度为60～65℃，搅拌反应的时间为2～4h。

12、优选地，步骤(1)悬浮液b中，al2o3、无水乙醇-水溶液、硅烷偶联剂kh560、氟硅烷fas-13的质量比为(0.60～1.20)：(10.27～13.85)：(0.15～0.25)：(0.25～0.35)；

13、所述al2o3的粒径为20～50nm；

14、所述ph值调节至9.0～10.0；

15、所述无水乙醇-水溶液的浓度为82.55～93.87wt％；

16、反应时间为2～4h。

17、优选地，步骤(1)聚氨酯溶液中，所述聚氨酯溶液的终浓度为7.97～14.77wt％；

18、所述无水乙醇-水溶液的浓度为82.55～93.87wt％。

19、优选地，步骤(2)中，悬浮液a、悬浮液b和聚氨酯溶液的溶液质量比为(6.0～6.30)：(2.89～2.92)：(3.01～3.25)。

20、优选地，步骤(2)中，搅拌的时间为2～4h。

21、优选地，步骤(2)中，所述固化时间为2～3h。

22、本发明还提供了上述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层在基层涂覆中的应用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、(1)本发明制备的ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层是一种可温室喷涂固化、表面稳定性高的超疏水涂层，涂层表面与水的接触角最大为161.6°，滚动角最小为3.2°。此外，涂层具有温室喷涂固化、表面稳定性高、表面纳米粒子不易团聚、时效性长和耐候性好等突出优势。所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层中，ceo2的存在提高了合成超疏水涂层的耐候性，多巴胺引入有效地提高了超疏水涂层表面的稳定性，抑制了表面纳米粒子的团聚，有效地提高了超疏水涂层的时效性。因此，ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层在物体表面超疏水化处理中具有较佳的应用前景，具备较强的实用功能和产业推广价值。

25、(2)本发明制备的ceo2-pda/al2o3/聚氨酯乳液在室温下可长时间储存，这得益于聚多巴胺对纳米ceo2的表面修饰以及硅烷偶联剂kh560对纳米al2o3的疏水改性，抑制了纳米粒子的团聚问题，并且氟硅氧烷fas-13和硅烷偶联剂kh560的加入使纳米粒子固化后的聚氨酯表面形成了疏水层，较少了涂层与水分子之间的直接接触，提高了涂层的防腐蚀性能。

26、(3)本发明制备的ceo2-pda/al2o3微纳米粒子具有较好的紫外吸收性能，使得制备的涂层在1h的254nm紫外光照射下未见其接触角和滚动角发生明显变化，保持了较好的超疏性和耐候性，克服了聚氨酯在紫外光照射下容易老化等问题，有效增加了涂层的时效性。

27、(4)本发明制备的聚氨酯与疏水改性的纳米粒子进行化学键连接，解决了无机纳米粒子与主体组分连接不紧密的问题，增强了涂层表面的稳定性和耐磨性能，使得涂层磨损50次数，未见其接触角和滚动角发生明显变化。

28、(5)本发明所述ceo2-pda/al2o3@聚氨酯超疏水涂层的制备过程中可实现室温固化，相比现有技术，需要采用鼓风干燥箱、真空干燥箱等加热装置进行升温固化，大大增加了生产成本。而这种操作得益于主体涂层聚氨酯可在室温下(25℃)达到固化效果，使得基材与涂层本身产生了强有力的粘结力，有效节约了生产成本，具有实现大规模产业化的价值。