一种表面构筑透明导电超疏水自洁涂层的方法与流程

本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种表面构筑透明导电超疏水自洁涂层的方法。

背景技术：

1、随着人们生活品味和审美程度的不断提高，对经过特殊装饰设计的相镜框的需求日益增加。例如，在木质相镜框上装饰led灯，可以使置于其中的照片或玻璃镜熠熠生辉。但是，木质材料本身绝缘不导电，必须需要在其表面布置很多电线，从而降低了相镜框的美观性。此外，木材固有的亲水特性，也容易使木质相镜框发生腐蚀、老化、尺寸不稳定等问题。因此，有必要对其进行超疏水改性，使其有效隔离与水的直接接触，从而在提高木材的稳定性和耐久性的同时，赋予其自洁性。

2、巴西棕榈蜡作为一种环境友好的低表面能材料，在木材表面结晶时，会自发形成众多的微米级晶粒，即形成微米级粗糙结构层，这也为其在木材表面进一步构筑超疏水涂层创造了条件。但是，申请人在前期的试验中发现，巴西棕榈蜡性质硬而脆，与木材表面的结合力较差；同时，普通巴西棕榈蜡疏水层的疏水性尚无法满足超疏水性(疏水性：接触角大于90°小于150°；超疏水性：接触角大于150°，滚动角小于10°)的需求。

3、银纳米线由于具有高导电性、成本较低和制备方法简单等优点，被广泛用于制造透明电极。但目前尚未有将其应用于木材表面构筑透明导电超疏水自洁涂层的报道，理论上在透明超疏水自洁涂层中引入银纳米线可赋予涂层导电性，但是银纳米线的引入是否会破坏涂层的透明性和超疏水性尚不得知，因此需要进一步的探索研究以确定其可行性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种表面构筑透明导电超疏水自洁涂层的方法。本发明首先在木材表面采用含巴西棕榈蜡、桐油的油相浸渍液构建未固化疏水层，然后立即滴涂银纳米线分散液，构筑具有微纳粗糙表面的透明导电疏水涂层；最后以十七氟癸基三甲氧基硅烷进行超疏水改性，于木材表面成功构筑透明导电超疏水自洁涂层。

2、本发明的具体技术方案为：一种表面构筑透明导电超疏水自洁涂层的方法，包括以下步骤：

3、s1：对木材进行表面粗糙处理。

4、s2：将s1所得木材浸入75-85℃、含巴西棕榈蜡、桐油和乙酸乙酯的油相浸渍液中，取出后得到表面具有未固化疏水层的木材。

5、s3：在未固化疏水层未冷却时，在温度比油相浸渍液低50～60℃的环境下立即将银纳米线分散液滴涂于透明疏水涂层表面，未固化疏水层骤冷固化为微米级粗糙表面，同时银纳米线粘附于固化疏水层表面，形成具有微纳粗糙表面的透明导电疏水涂层。

6、s4：将十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液滴涂于透明导电疏水涂层表面，静置，十七氟癸基三甲氧基硅烷对透明导电疏水涂层表面进行超疏水改性，同时桐油渗入木材内部并发生交联，形成透明导电超疏水自洁涂层。

7、在本发明上述步骤中：

8、s1中先对木材进行表面粗糙处理，上述处理可使木材表面呈撕裂的纤维状，这种初级粗糙表面有利于后续超疏水表面的构建。

9、s2中，将木材浸入油相浸渍液中后取出，可在木材表面形成一层尚未固化的疏水层，起到初步的疏水改性作用，同时为后续进一步滴涂银纳米线分散液以构筑微纳米粗糙表面提供基础。

10、s3中，在未固化疏水层未冷却时，在温度比油相浸渍液低50～60℃的环境下立即将银纳米线分散液滴涂于透明疏水涂层表面。本发明发现，若未固化疏水层在一定温差范围内遇冷固化，可形成具有微米级粗糙表面，本发明进一步发现，遇冷固化的温差大小对于能否形成微米级粗糙表面至关重要，若温差过小，则无法在适当时间内固化结晶为微米级粗糙表面；若温差较大，则疏水层固化结晶速率过快。最终发现上述温度范围较为理想。

11、本发明在滴涂银纳米线分散液后，利用未固化疏水层在完全固化时的高粘性来粘附银纳米线，一方面，能够在涂层中引入银纳米线并形成导电网络，从而赋予涂层导电性；另一方面，附着银纳米线后还能够在原有微米级粗糙表面的基础上进一步构筑形成微纳表面(银纳米线带来的纳米级粗糙表面)，从而进一步改善涂层的疏水性。

12、s4中，在透明导电疏水涂层表面滴涂低表面能的十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液可进一步使涂层疏水性增强，达到超疏水性标准。而在静置过程中，渗入木材内部的桐油中的桐油酸与空气中的氧气发生自氧化反应，形成较为致密的交联聚合网络结构，可增强涂层和木材之间的结合力，以解决纯巴西棕榈蜡涂层与木材结合力差的问题。

13、作为优选，s1中，用350～450目砂纸打磨木材表面，用去离子水和乙醇在超声条件下各洗涤1～10min，在50～70℃下干燥。

14、作为优选，s2中，所述巴西棕榈蜡、桐油和乙酸乙酯的用量比为0.5g～2g∶3g～5g∶40g～50g。

15、作为优选，s2中，所述浸入时间为20～40s。

16、作为优选，s3中，所述银纳米线分散液的浓度为0.2～0.5mg/ml；所述银纳米线分散液在透明疏水涂层表面的单位面积滴涂量为2～8ml/30cm2。

17、本发明发现，银纳米线分散液的浓度、滴涂量越高，越有利于构建导电网络；但是若浓度、滴涂量达到某一界限时，虽然涂层导电性出色，但是会导致涂层中银纳米线聚集严重，产生发黑现象，从而会影响涂层的色度。因此，涂层的导电性和透明度是相对矛盾的，需要将银纳米线分散液的浓度、滴涂量控制在合理范围内，以同时满足导电性和透明度需求。

18、作为优选，s3中，所述银纳米线的长度为40～100μm。

19、本发明发现，银纳米线的长度越高，越有利于构建导电网络。当银纳米线的长度增加时，网络密度以平方速率下降，组成的导电网络比短线节点密度更小，方阻也就更小。因此与短银纳米线相比，长银纳米线可在更低添加量下就能实现相同的导电性。但是，在本发明中，过长的银纳米线会不利于构筑形成微纳表面结构，从而影响涂层疏水性，因此银纳米线的长度需要合理控制。

20、作为优选，s3中，所述银纳米线分散液的制备方法为：将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和乙二醇混合，加热搅拌溶解，待冷却后加入硝酸银，搅拌至澄清，加入氯化铁的乙二醇溶液，搅拌，加热反应，冷却，离心、洗涤，得到银纳米线，以乙醇为溶剂配制为银纳米线分散液。

21、作为优选，所述聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇、硝酸银和氯化铁的用量比为0.1～0.3g∶15～30ml∶0.1～0.3g∶2～5g。

22、作为优选，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为300000～400000。

23、作为优选，所述氯化铁的乙二醇溶液中氯化铁的浓度为550～650μm。

24、作为优选，银纳米线分散液的制备方法具体包括：将聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇加入到250ml三颈烧瓶中，在50～70℃加热条件下以350～600rpm搅拌5～15h，待冷却至室温后加入硝酸银，在350～600rpm下搅拌至澄清透明，随后加入氯化铁溶液，在350～600rpm下搅拌1～5min，最后将三颈烧瓶放入加热至120～140℃的油浴锅中反应4～7h。离心速率为2000～8000rpm，离心时间为5～10min；洗涤方式为去离子水洗涤2～4次、乙醇洗涤2～4次。

25、作为优选，s4中，所述十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液的溶剂为乙醇；所述十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液中十七氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇的用量比为0.5～1.5ml∶5～10ml。

26、作为优选，s4中，所述十七氟癸基三甲氧基硅烷稀释液在透明导电疏水涂层表面的单位面积滴涂量为0.1～0.3ml/30cm2。

27、作为优选，s4中，静置时间为7～8天。

28、与现有技术对比，本发明的有益效果是：

29、(1)本发明以巴西棕榈蜡/桐油层作为基础层，再通过添加银纳米线对微米级结构进行进一步修饰，在获得导电性的同时进一步获得了微纳米粗糙结构，再对表面进行超疏水改性，从而获得了透明导电超疏水涂层。

30、(2)本发明中，桐油会渗入木材内部，桐油中的桐油酸与空气中的氧气发生自氧化反应，形成较为致密的交联聚合网络结构，可增强涂层和木材之间的结合力，以解决纯巴西棕榈蜡涂层与木材结合力差的问题。