一种环保耐久的极滑超疏水涂层及其制备方法

本发明属于超疏水材料领域，具体涉及一种环保耐久的极滑超疏水涂层及其制备方法。

背景技术：

1、在自然界中存在许多具有特殊湿润性的表面，除了荷叶外，还有许多其他生物表面具有超疏水性，比如蚊子复眼、水黾腿部、蝴蝶翅膀、壁虎脚掌、沙漠甲壳虫背部等。近年来，研究者将这些生物表面的微纳米结构运用在各种基材表面上，赋予其超疏水性能。一般而言，对于水滴接触角≥150°并且滚动角≤10°的表面，我们称之为超疏水表面。超疏水表面一般具有两个特征：一定的粗糙程度和低表面能。对于超疏水表面而言，如何设计涂层的微纳米粗糙程度是关键。良好的粗糙程度会显著提升表面接触角、降低滑动角以使得水滴快速滑落。同时材料的选择也会决定超疏水涂层的性能。目前，金属氧化物(zno、al2o3、fe3o4、sio2)等纳米颗粒是构建超疏水涂层最常用的微粒。研究者们常常用一种或多种微粒复合来构造微纳米结构。相比于以上常用的金属氧化物，zro2高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染，耐酸碱腐蚀能力大大强于sio2和al2o3，且zro2纳米颗粒在超疏水领域用的相对较少，十分具有应用价值。

2、目前，对于超疏水涂层耐用性、稳定性等方面的研究仍旧存在关键的技术问题：大部分常用微粒由于性质活泼容易受到外界环境侵蚀，导致涂层被破坏，从而丧失超疏水效果。此外，很大一部分低表面能材料是含氟的修饰剂，价格昂贵的同时会毒害人体、对环境造成很大污染。另一方面，大多数超疏水涂层制备工艺繁琐，生产成本较高，目前还仅仅停留在实验室研究阶段，尚未工业化量产。最后，涂层的疏液性能不稳定，滚动角仍旧较大，长久使用后滚动角增大导致水滴滞留在涂层上，在较为平坦的表面上无法使水滴正常滚落等等。

3、因此，构建一种坚固、化学性质稳定、制备工艺简单的环保极滑超疏水涂层具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述提到的问题，本发明的目的在于提供一种环保耐久的极滑超疏水涂层及其制备方法。该涂层引入新型稳定的锆基金属有机框架uio-66以及无氟的聚二甲基硅氧烷(pdms)两种材料，在高温煅烧后材料会部分分解，生成具有稳定多孔结构的笼网状zro2-sio2@pdms复合涂层。该涂层原料成本低、制备工艺简单，环保无污染，稳定耐用，并且由于特殊的结构使其具备优异的超疏水性能(接触角>160°，滚动角<3°)，水滴在涂层上极易滚落，具有极滑的效果。该涂层普遍适用于铜板、不锈钢网、玻璃、合金板等耐高温基底，适合大规模工业化生产。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种环保耐久的极滑超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)将uio-66颗粒、pdms加入正己烷中，超声分散后获得悬浮液；

5、(2)将步骤(1)所得悬浮液喷涂到基材上，或将基材浸泡于悬浮液中，烘干得到覆盖uio-66@pdms涂层的基材；

6、(3)将步骤(2)所得覆盖uio-66@pdms涂层的基材煅烧后冷却，获得极滑zro2-sio2@pdms涂层。

7、优选地，步骤(1)所述uio-66颗粒和pdms的质量比为1:(1～3)；所述pdms的类型为sylgard 184。

8、优选地，步骤(1)所述超声分散时间为0.5～1h。

9、优选地，步骤(2)所述浸泡时间为1～6h。

10、优选地，步骤(2)所述烘干温度为80～120℃，烘干时间为1～3h。

11、优选地，步骤(3)所述煅烧温度为350～500℃，煅烧时间为2min～2h。

12、优选地，步骤(1)中所述uio-66颗粒通过以下方法制备：将氧化锆、对苯二甲酸、乙酸加入n,n-二甲基甲酰胺中，超声处理后搅拌，加热、冷却、离心干燥后得到uio-66颗粒。

13、优选地，所述超声处理时间为10～20min，搅拌时间为30min～1h，加热温度为120～150℃，加热时间为6～48h。

14、优选地，所述基材为玻璃、合金、铜片、不锈钢网中的一种或多种。

15、本发明所述方法制备得到的极滑超疏水涂层。

16、本发明的超疏水材料表面具有极低的滚动角，不粘附水，可以用于耐高温表面的防污，例如金属片、合金、玻璃的等等；建筑物的墙体材料运用本发明的方法，可实现优异自清洁功能，可以很好地应对南方的回南天，北方冬天墙面结冰等问题，具有很好的防潮、抗冷凝效果；汽车、火车、飞机外部涂料运用本发明的方法，在雨雪天气时，可以使水滴很快地滑落带走灰尘，无水渍残留，并且有很好地抗冰效果；在轮船表面运用本发明的方法，可以实现减阻、防腐蚀的效果，并且涂层的多孔结构易于在涂层与基底间形成一层薄空气垫，达到增载的效果。此外，电脑、手机、照相机等电子设备外壳运用本发明的方法可以很好地隔绝生活中一些常见的水溶液如牛奶、咖啡、果汁、可乐等等，可提高这些设备的抗污、防水功能。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

18、(1)本发明的涂层制备工艺简单，原料廉价易得；采用无氟的低表面能修饰剂，极大地降低了环境污染风险。

19、(2)本发明所述涂层超疏水性能优良，对水的接触角能达到160°，滚动角低至2°，水滴极易从涂层表面滚落，不会滞留在表面。

20、(3)本发明所述涂层基于uio-66与聚二甲基硅氧烷高温分解制得的具有微纳米复合结构的多孔zro2-sio2复合颗粒，包裹在zro2-sio2复合颗粒外表面的聚二甲基硅氧烷进一步提升了涂层的粗糙度以及增强了颗粒对基底的附着力(图1)。该涂层普遍适用于耐高温基材，具有耐用性好、使用寿命长等优点。

21、(4)与传统制备氧化物的方法相比，本发明使用的金属-有机框架(metal-organicframeworks，mofs)材料热解法是一种简单的可调控氧化物形貌、组成、孔结构和颗粒大小等的方法。其中uio-66作为一种结构规整、有较高的化学稳定性，具有六边形孔道结构的mofs材料，在高温时可以分解生成多孔纳米zro2，同时使其兼备uio-66高比表面积、均匀分布的金属位点、高度可调性等特点。另外，本发明的极滑超疏水涂层可以广泛应用于建筑材料、交通工具、能源化工等各种领域，在金属表面自清洁、防腐蚀、抗冷凝等多方面展现出广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种环保耐久的极滑超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述uio-66颗粒和pdms的质量比为1:(1～3)；所述pdms的类型为sylgard 184。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超声分散时间为0.5～1h。

4.根据权利要求3的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述浸泡时间为1～6h。

5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烘干温度为80～120℃，烘干时间为1～3h。

6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述煅烧温度为350～500℃，煅烧时间为2min～2h。

7.根据权利要求1-6任一项所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述uio-66颗粒通过以下方法制备：将氧化锆、对苯二甲酸、乙酸加入n,n-二甲基甲酰胺中，超声处理后搅拌，加热、冷却、离心干燥后得到uio-66颗粒。

8.根据权利要求7的制备方法，其特征在于，所述超声处理时间为10～20min，搅拌时间为30min～1h，加热温度为120～150℃，加热时间为6～48h。

9.根据权利要求7的制备方法，其特征在于，所述基材为玻璃、合金、铜片、不锈钢网中的一种或多种。

10.权利要求1-9任一项所述方法制备得到的环保耐久的极滑超疏水涂层。

技术总结本发明公开了一种环保耐久的极滑超疏水涂层及其制备方法。该涂层以锆基金属有机框架材料UIO‑66为载体，利用其结构规整、孔隙丰富的特点，在外层包覆一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为低表面能与粘结剂，通过一步煅烧特定时间后，UIO‑66与PDMS会部分分解生成ZrO<subgt;2</subgt;‑SiO<subgt;2</subgt;复合颗粒，同时保留UIO‑66的三维网状结构。该独特的多孔结构使得涂层水接触角大于160°，滚动角小于3°，具备极滑超疏水的特性。本发明的产品具有无氟环保、工艺简单、经济高效的特点，并且适用于多种耐高温表面，泛用性良好。技术研发人员：苗新蕊,王浩光,黄波,邓文礼受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18