一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，同时还涉及该涂层材料的制备方法，属于功能材料技术领域。
【背景技术】
[0002]超疏水涂层由于具有表面自清洁性能而被广泛应用于材料的表面保护。随着对涂层环保性能的要求越来越高，具有超疏水性能的水性涂层材料的应用领域也越来越广。与溶剂型超疏水涂层材料一样，水性超疏水涂层材料在实际应用中也受到制备工艺复杂和超疏水性能的保持时间短的问题。在现有技术中，通过简化制备工艺来增加涂层的涂覆实用性，但要达到大面积喷涂的实际应用还需要做进一步的工作；另一方面，通过涂层中包覆的低表面能物质向表面迀移来对超疏水性能被破坏的涂层表面进行超疏水修复，通常采用对涂层进行加热的方法使被包覆的低表面能物质向外迀移，这种通过包覆低表面能物质的超疏水自修复方式增加了涂层材料的超疏水使用寿命，具有较好的效果。然而用外加热源对涂层直接加热的方法在实际操作中受到环境温度、涂层材料所涂覆基材的大小及是否方便拆卸等因素的限制。因此，研究制备工艺简单且超疏水性能修复方法简单的水性涂层材料具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，同时还提供了该涂层材料的制备方法。
[0004]—种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，其特征在于该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为:水性基体树脂10-95%、产生微纳结构的填料3-80%、包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%和能产生光热效应的纳米粒子填料0.1-30%ο
[0005]所述水性基体树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂或水性醇酉交树脂。
[0006]所述产生微纳结构的填料为碳纳米管或坡缕石。
[0007]所述低表面能物质为十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基二甲氧基娃烧、聚娃氧烧或聚娃烧。
[0008]所述能产生光热效应的纳米粒子填料为四氧化三铁纳米粒子、钯纳米粒子或金纳米粒子。
[0009]如上所述涂层材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
1)将产生微纳结构的填料、低表面能物质、能产生光热效应的纳米粒子填料和多巴胺盐酸盐加入Tris-HCl溶液中，搅拌、过滤、洗涤，制备填料/低表面能物质热响应复合物； 2)将上述填料/低表面能物质热响应复合物与水性基体树脂混合即得涂层材料。
[0010]所述Tris-HCl 溶液的 PH 值为 8.3-8.6。
[0011]上述超疏水性可修复涂层材料的可修复性是该涂层表面的低表面能物质经等离子体处理5-60S后，超疏水性能消失，在近红外光照射少于lmin后，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
[0012]上述材料的用途:该涂层应用于玻璃、陶瓷、金属、水泥、塑料及纸张制品表面形成具有超疏水可修复性的涂层。
[0013]本发明采用将产生微纳结构的填料、低表面能物质、能产生光热效应的纳米粒子填料和多巴胺盐酸盐在Tris-HCl溶液中共混，利用聚多巴胺的粘附性对低表面能物质和能产生光热效应的纳米粒子填料进行包覆、粘结在产生微纳结构填料的表面，形成填料/低表面能物质热响应复合物，将该填料/低表面能物质热响应复合物与水性基体树脂共混、喷涂制备超疏水性可修复的水性涂层材料。该涂层制备工艺简单，可大面积实施。涂层表面的低表面能物质损失后，涂层经过近红外光的照射后，能产生光热效应的纳米粒子填料产生热量使涂层温度升高，诱导聚多巴胺胶囊包覆的低表面能物质从胶囊中向外迀移，从而使涂层表面重新被低表面能物质修饰，恢复涂层的超疏水性能。
[0014]经测试，所得超疏水涂层对水的静态接触角大于150° ;涂层经过氧气等离子体处理后，在近红外光的照射下，可修复时间少于lmin，可恢复次数大于10次。该超疏水涂料可用于玻璃、陶瓷、金属、水泥、塑料及纸张制品表面形成具有超疏水自修复性的涂层以实现自清洁及近红外光照射下的自清洁可修复功能。
【附图说明】
[0015]图1是水对2#样品表面的静态接触角测试结果。
[0016]图2是2#样品涂层的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0018]下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0019]下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0020]实施例1
一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，该材料由质量分数为94.9%的水性聚氨酯树脂、3%的坡缕石、2%包覆十八胺的聚多巴胺胶囊和0.1%的能产生光热效应的钯纳米粒子组成。
[0021 ] 上述水性涂层材料的制备方法，通过下述方法制得:
(1)坡缕石、十八胺、钯纳米粒子和多巴胺盐酸盐加入到PH值为8.3的Tris-HCl溶液中，搅拌12h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得坡缕石/十八胺/钯纳米粒子复合物；
(2)将坡缕石/十八胺/钯纳米粒子复合物与水性聚氨酯混合均匀，加入固化剂，喷涂于基材上，即得1#样品。
[0022]所述可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料表面的十八胺经等离子体处理5s后，在近红外下照射lmin，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
[0023]实施例2
一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，该材料由质量分数为80%的水性环氧树脂、17.5%的碳纳米管、0.5%包覆全氟辛醇的聚多巴胺胶囊和2%的能产生光热效应的四氧化三铁纳米粒子组成。
[0024]上述水性涂层材料的制备方法，通过下述方法制得:
(1)将碳纳米管、全氟辛醇、四氧化三铁纳米粒子和多巴胺盐酸盐加入到PH值为8.5的Tris-HCl溶液中，搅拌24h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳纳米管/全氟辛醇/四氧化三铁复合物。
[0025](2)将碳纳米管/全氟辛醇/四氧化三铁复合物与水性环氧树脂混合均匀，喷涂于基材上，即得2#样品。
[0026]所述可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料表面的全氟辛醇经等离子体处理10s后，在近红外光下照射40 s，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
[0027]实施例3
一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，该材料由质量分数为10%的水性丙烯酸树脂、40%的碳纳米管、20%包覆全氟辛酸的聚多巴胺胶囊和30%的能产生光热效应的金纳米粒子组成。
[0028]上述水性涂层材料的制备方法，通过下述方法制得:
(1)将碳纳米管、全氟辛酸、金纳米粒子和多巴胺盐酸盐加入到PH值为8.6的Tris-HCl溶液中，搅拌96h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳纳米管/全氟辛酸/金纳米粒子复合物。
[0029](2)将碳纳米管/全氟辛酸/金纳米粒子复合物与水性丙烯酸树脂混合均匀，喷涂于基材上，即得3#样品。
[0030]所述可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料表面的全氟辛酸经等离子体处理60s后，在近红外光下照射50 s，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
【主权项】
1.一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，其特征在于该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为:水性基体树脂10-95%、产生微纳结构的填料3-80%、包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%和能产生光热效应的纳米粒子填料0.1-30%ο2.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述水性基体树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂或水性醇酸树脂。3.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述产生微纳结构的填料为碳纳米管或坡缕石Ο4.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述低表面能物质为十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷或聚硅烷。5.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述能产生光热效应的纳米粒子填料为四氧化三铁纳米粒子、钯纳米粒子或金纳米粒子。6.如权利要求1至5任一项所述涂层材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 1)将产生微纳结构的填料、低表面能物质、能产生光热效应的纳米粒子填料和多巴胺盐酸盐加入Tris-HCl溶液中，搅拌、过滤、洗涤，制备填料/低表面能物质热响应复合物； 2)将上述填料/低表面能物质热响应复合物与水性基体树脂混合即得涂层材料。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述Tris-HCl溶液的PH值为8.3-8.6。
【专利摘要】本发明公开了一种可用光热法进行超疏水性能修复的水性涂层材料，该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为：水性基体树脂10-95%、产生微纳结构的填料3-80%、包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%和能产生光热效应的纳米粒子填料0.1-30%。本发明还公开了该涂层材料的制备方法。该涂层具有超疏水性及在近红外光照射下具有超疏水修复性。
【IPC分类】C09D133/00, C09D163/00, C09D7/12, C09D175/04
【公开号】CN105295698
【申请号】CN201510830113
【发明人】周峰, 刘玉鹏, 刘志鲁, 于波, 胡海媛
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月25日