一种有机高分子聚合物超疏水涂料及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及疏水涂层材料的技术领域，具体设及一种超疏水涂料的制备W及涂层 应用。
【背景技术】
[0002] 超疏水性能是指物体表面对水接触角大于150°。荷叶出渺泥而不染的自清洁 性能、蛾翅膀表面的自清洁性能、水虽的腿在水面上自由行走而不下沉、鱼体表面在油污 污染的水中保持自身清洁等一系列自然界中的超疏水现象引起了许多学者的极大关注。 Barthlott 等人证实[W.Barthlott,et al.Planta, 1997, 202:1.]，自然表面的超疏水性 是他们的双尺度结构（微纳结构）的协同效应W及相关材料的低表面自由能组合的结 果。该种特殊润湿性能相关的"自清洁"能力制备出的超疏水性涂料在防污巧.Weibel，et al. J. Phys. Qiem. C, 2010, 114, 13219.]、防水、防腐蚀[D. Weibel, et al. J. Phys. Qiem. C, 2010, 114, 13219.]、流体减阻、油水分离[R. M. Jisr, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed.，2005, 44:782.]、生物医用[M. T. Khorasani, et al. Appl. Polym. Sci.，2004, 91:2042.] 等领域有着广阔的应用前景，越来越受到人们的广泛关注。
[000引 江雷等人[L. Jiang, et al.化1:脚6, 2004, 432:36.]认为，超疏水性表面可W 通过两种方式来实现；一种是在疏水表面构建粗趟结构；一种是在粗趟表面上修饰低 表面能物质。随着人们对于超疏水表面研究的不断深入，许多制备方法不断涌现，目 前常见的方法有：刻蚀技术，化ao等人采用复杂的光刻法在单晶娃表面构建微纳结构 出.化3〇, et al. Langmuir, 2011, 27, 5927.]、模板技术，Jiang等人采用阳极氧化侣膜为 模板[L. Jiang, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed. , 2003, 42:800.]、自组装技术[R. M. Jisr, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed. , 2005, 44:782.]、沉积技术[C. P. Ruan, et al. Angew. Qiem. , Int. Ed.，2014, 53, 5556.]等，该些制备或生产过程对基底的选择有严格的限制的同时，不仅都 采用了昂贵的低表面能物质对材料表面进行改性修饰，而且制备过程繁复，工艺复杂严苛。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为针对当前技术中存在的成本昂贵、使用受限等不足，提供一种方 法简单、原料成本低廉、应用范围广泛的超疏水涂料。采用低廉的有机高分子聚合物进行微 纳复合结构的构筑，并选择不同的胶黏剂为内涂层将制备的微纳结构粘结于不同基底上， 通过模板法制备具有微纳结构的多面体超疏水涂料为外涂层，通过内外涂层的相互粘合， 所得涂层最大静态接触角166°，滚动角小于5°，达到超疏水条件。该外涂层具有微观纳 米结构凹槽及孔洞，当液滴与粗趟表面接触时，该些凹槽及孔洞中的空气与多面体共同决 定了该涂层的浸润性。由于表面张力的作用液滴无法渗入到粗趟结构的内部，而是架在微 纳结构与空气之上，呈现超疏水现象。对于该种情况，符合现今公认的化ssie-Baxter模 型。本发明中涂料的制备操作简单、成本低廉，制备过程中无需光刻、电化学沉积等繁琐复 杂过程，无需昂贵设备及严苛工艺条件。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 1) 一种有机高分子聚合物超疏水涂料，该材料由W下方法制得，包括W下步骤：
[0007] 将聚合单体与引发剂按比例混合揽拌，将混合液负压条件（压力为低于大气压 0.1 MPa，W下步骤及实施案例负压及真空压力同）下注入装有模板的反应器中，浸没模板 比，然后将反应器密封并放入恒温箱中，60°C预聚合化，80°C聚合2化，然后将模板表面均 聚物剥离，去除模板，60°C真空干燥后得到固态块状微纳复合多面体，将所得的块状微纳复 合多面体充分研磨至粉末，即得到微观微纳复合多面体，将其加入到分散液中构成固体质 量浓度百分数为0. 5%~20%的悬浊液，即制备得超疏水涂料；其中加入的引发剂量为聚 合单体质量的0. 1 %~10% ;
[000引所述步骤1)中模板包括二氧化娃纳米微球、聚丙締酷胺（PAM)纳米微球或聚甲基 丙締酸甲醋（PMMA)纳米微球，其中各模板的制备为公知技术；
[0009] 所述的粉末粒径分布范围为100nm-5000nm(英国马尔文公司纳米粒度及电位分 析仪Nan〇-ZS90测试，W下步骤及实施案例粉末粒径同）；
[0010] 所述步骤1)中聚合物单体包括苯己締（St)、二己締基苯值VB)、五氣苯己締 (FF巧、四氣己締或偏氣己締；
[0011] 所述步骤1)中的引发剂为偶氮二异了膳（AIBN)、偶氮二异庚膳、过氧化二苯甲 酷、过氧化十二酷、过氧化二碳酸二异丙醋或过氧化苯甲酸特了醋；
[0012] 所述步骤1)中的分散液为丙酬、己醇或甲醇；
[0013] 2)所述的有机高分子聚合物超疏水涂料的应用方法，用于超疏水涂层的构筑，包 括W下步骤：
[0014] 将内涂层溶液涂覆于基体材料表面，采用喷涂法将作为外涂层的超疏水涂料涂覆 于部分固化的内涂层之上，待外涂层中分散液挥发完全，即构成超疏水涂层；
[0015] 所述步骤2)中基体材料为木材、金属、水泥、织物、塑料或玻璃；
[0016] 所述步骤2)中内涂层为胶黏剂材料，包括环氧树脂巧巧、了苯橡胶（S邸巧、脈醒 树脂扣巧、聚氨醋（PU)、聚醋酸己締醋（PVAc)或聚己締醇（PVA)。
[0017] 本发明的有益效果为；本发明可涂覆于多种常用材料表面，涂料制备方法简洁，且 获得的超疏水表面具有优异的稳定性，故此本发明制备的超疏水涂料在许多领域具有良好 的应用前景：
[0018] (1)本发明的超疏水涂料可涂覆于木材、金属、水泥、织物、塑料、玻璃表面，具有良 好流体减阻能力、超强的"自清洁"防水防污效果，实例一中对涂覆超疏水涂料的玻璃、水泥 表面进行了防污测试；
[0019] (2)本发明拓展了超疏水涂料的使用范围，该是因为该涂层可W粘结在不同的胶 黏剂上，如环氧树脂巧巧、了苯橡胶（S邸巧、脈醒树脂扣巧、聚氨醋（PU)、聚醋酸己締醋 (PVAc)或聚己締醇（PVA)，根据使用环境选择不同的基底材料，通过胶黏剂与基底材料的 不同组合，使用范围拓宽，可涂覆于不同材质的表面，具有良好流体减阻能力、超强的"自清 洁"防水防污效果；此外涂料涂覆于不同的内涂层均能呈现出优良的粘合效果；目前，该方 法目前未见国内外相关报道；
[0020] (3)本发明在粘结过程中，微观粗趟结构有很大贡献，液态或半固态胶黏剂接触到 纳米结构凹槽与孔洞时，纳米孔道的通透性使得微纳结构多面体部分包埋于胶黏剂中，宏 观上呈现出优良的粘合效果，实例一中对涂覆超疏水涂料的玻璃、水泥表面进行了防污测 试的同时也对其循环使用进行了测试，发现经泥浆污染10次后，超疏水表面仍然干净，涂 覆超疏水涂料的载玻片最大静态接触角达到166.0°，滚动角小于5° ;
[0021] (4)本发明操作简单、成本低廉，且具有优异、稳定的超疏水性能，制备过程中无需 光刻、电化学沉积等复杂过程，无需昂贵设备及严苛工艺条件，具有良好的工业发展前景。
【附图说明】
[002引1)图1为实施例一步骤（1)所构筑超疏水涂层的微观结构SEM照片；
[0023] 2)图2为实施例一步骤（2)所构筑超疏水涂层的光学照片，其中左上角插图为该 涂层的静态接触角测试照片，最大静态接触角达到166.0° ;
[0024] 3)图3为实施例一步骤（2)所构筑的玻璃基底涂覆超疏水涂层（右）与未涂覆超 疏水涂层（左）经泥浆多次污染的对比照片；
[0025] 4)图4为实施例一中微纳多面体在水泥基底上所构筑的超疏水涂层（左）与未涂 覆超疏水涂层（右）经泥浆污染