一种自修复易清洁涂层材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于涂料，具体涉及一种自修复易清洁涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、厨房电器产品长期处于重油烟环境中，长期大量地接触油烟、酸碱食材、调料等污染物，极易在厨电产品表面及内腔粘附油垢或食物残渣，久而久之会成为细菌、霉菌等微生物滋生的温床，进而产生异味，存在严重的健康隐患，用户体验极差。

2、不锈钢是厨电产品常用的基材，如何实现不锈钢表面实现易清洁效果是行业追求的目标。目前，常见的易清洁涂层技术主要有疏水不粘涂料。疏水不粘涂料包括氟碳涂料、uv光固化氟碳涂料，有机硅涂料等，这类涂料树脂结构中含有丰富的氟硅基团，在涂料固化后倾向于向表面迁移，向表面迁移的氟硅基团具有较低的表面能，该类涂料就是利用这种低表面能的特性，实现了对油污低粘附的效果。

3、然而，现有市售低表面能涂料的油接触角大多小于90°，并未实现真正意义上的疏油，故油污仍会附着于表面，且对于像烟机不锈钢表面存在的顽固油渍，很难彻底清洁干净；此外，在疏水易清洁涂层的使用过程中，其表面极易受到光、臭氧等氧化物质所造成的化学破坏以及外力作用导致的涂层破损而失效；同时，随着科学技术的飞速发展，只具有单一超疏水易清洁性能的涂层材料已经不能满足日益提升的产品使用环境。

4、基于上述问题，为提升厨电产品的整体性能，开发一种固化形成涂层后具有优异疏水性、耐擦拭性和抗菌性的自修复易清洁涂层材料，具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自修复易清洁涂层材料及其制备方法和应用，所述自修复易清洁涂层材料与不锈钢基材具有优异的粘结性能，且固化后形成的涂层具有高硬度，优异的疏水性、耐擦拭性、抗菌性和自修复性，进而能对不锈钢基材进行有效保护，提升厨电产品使用性能和使用寿命。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种自修复易清洁涂层材料，所述自修复易清洁涂层材料包括儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微胶囊和氟溶剂a；

4、所述聚多巴胺微胶囊的壳材包括聚多巴胺，芯材包括多烷基有机金属盐。

5、首先，本发明提供的自修复易清洁涂层材料包括儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷；其中，全氟聚醚硅氧烷通常是指高分子主链含有重复的c-o-c醚键，且主链中的氢原子被氟原子全部取代的一类聚合物，特殊的分子结构赋予其极低的表面张力(约11～22mn/m)，良好的疏水疏油性能和低摩擦系数等特性，采用其作为基材，并采用天然儿茶素作为抗菌剂对其进行改性，制成儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷，可有效提升涂层的抗菌性能，并进一步提升涂层材料表面的疏水疏油性能和耐刮擦性；

6、其次，本发明提供的自修复易清洁涂层材料中还包括聚多巴胺微胶囊，且限定所述聚多巴胺微胶囊的壳材包括聚多巴胺，芯材包括有机金属盐；据了解，微胶囊技术是使用相聚、原位聚合和界面聚合技术，利用高分子材料将改性剂包裹起来，从而形成一种具有包覆结构的复合改性剂，可以防止受到外界环境的影响，且微胶囊具有较小的尺寸和较大的比表面积，可以与基体材料更相容，并且由于壁材对芯材的保护作用，可使芯材流失降低，进一步提升性能；

7、本发明添加以聚多巴胺为壳材，多烷基有机金属盐为芯材的聚多巴胺微胶囊；其中，多巴胺(da)是一种合成的贻贝黏附蛋白，在碱性条件下(ph值大于7.5)容易被氧化并自发聚合生成聚多巴胺(pda)，所述pda通过形成氢键、金属配体和醌电荷转移配合物，不需要任何复杂的仪器或苛刻的反应条件即可实现较强的黏附沉积效果；而所述多烷基有机金属盐则具有非极性的长链结构，具有优异的疏水效果，在涂层遭到破坏后，隐藏在pda中的多烷基有机金属盐在高温条件下逸出，从而使涂层具备自修复的功能。

8、综上，本发明采用上述两种材料进行搭配，使所得自修复易清洁涂层材料与不锈钢基材具有优异的粘结性能，且固化后形成的涂层具有高硬度，优异的疏水性、耐擦拭性、抗菌性和自修复性，能对不锈钢基材进行有效保护，提升厨电产品使用性能和使用寿命。

9、优选地，所述自修复易清洁涂层材料按照重量份包括如下组分：

10、儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷              5～10重量份；

11、聚多巴胺微胶囊                        10～20重量份；

12、氟溶剂a                               60～70重量份。

13、其中，所述儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷的用量可以为5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份等。

14、所述聚多巴胺微胶囊的用量可以为10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份等。

15、所述氟溶剂a的用量可以为60重量份、61重量份、62重量份、63重量份、64重量份、65重量份、66重量份、67重量份、68重量份、69重量份或70重量份等。

16、优选地，所述儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷的制备原料按照重量份包括如下组分：

17、

18、其中，所述全氟聚醚酰氟的含量可以为180重量份、185重量份、190重量份、195重量份、200重量份、205重量份、210重量份、215重量份或220重量份等。

19、所述无水乙醇的含量可以为10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或30重量份等。

20、所述硅烷偶联剂的用量可以为10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份等。

21、所述儿茶素类化合物的含量可以为20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份等。

22、优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基二乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。

23、优选地，所述儿茶素类化合物包括儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素或儿茶素没食子酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

24、优选地，所述儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷通过如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：

25、(a1)将全氟聚醚酰氟和无水乙醇在氟溶剂b中进行反应，经冷却，洗涤，干燥，过滤和蒸馏，得到全氟聚醚甲酯；

26、(a2)将全氟聚醚甲酯和硅烷偶联剂进行反应，加入无水乙醇和氟溶剂c进行混合，静置分液，取下层液体进行减压蒸馏，得到全氟聚醚硅氧烷；

27、(a3)将全氟聚醚硅氧烷和儿茶素类化合物在氟溶剂d中进行混合，得到所述儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷。

28、优选地，步骤(a1)所述反应包括两个阶段，阶段1为先在室温下反应1～2h(例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等)，阶段2为升温至50～70℃(例如50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等)反应1～2h(例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等)。

29、优选地，步骤(a2)所述反应的温度为50～70℃，例如50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等。

30、优选地，步骤(a2)所述反应的时间为2～4h，例如2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等。

31、优选地，步骤(a2)所述反应在氮气保护条件下进行。

32、优选地，步骤(a3)所述混合的温度为30～35℃，例如30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃等。

33、优选地，步骤(a3)所述混合的时间为20～40min，例如20min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min等。

34、优选地，所述聚多巴胺微胶囊的制备原料按照重量份包括如下组分：

35、多烷基有机金属盐        100重量份；

36、多巴胺                  70～90重量份。

37、其中，所述多巴胺的含量可以为70重量份、72重量份、74重量份、76重量份、78重量份、80重量份、82重量份、84重量份、86重量份、88重量份或90重量份等。

38、优选地，所述多烷基有机金属盐包括辛烷磺酸钠和十二烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠或聚二烯丙基二甲基氯化铵中的任意一种或至少两种的组合。

39、优选地，所述聚多巴胺微胶囊的制备方法包括：将多烷基有机金属盐溶于缓冲液中，加入多巴胺进行混合，得到所述聚多巴胺微胶囊。

40、优选地，所述缓冲液包括三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液。

41、优选地，所述缓冲液的ph值为8～9，例如8、8.2、8.4、8.6、8.8或9等。

42、优选地，所述混合的温度为40～60℃，例如40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等。

43、优选地，所述混合的时间为20～30h，例如20h、22h、24h、26h、28h或30h等。

44、优选地，所述氟溶剂a、氟溶剂b、氟溶剂c和氟溶剂d各自独立地包括全氟己烷、全氟环己烷、全氟甲基环己烷、全氟甲苯或全氟庚烷中的任意一种或至少两种的组合。

45、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述自修复易清洁涂层材料的制备方法，所述制备方法包括：将儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微胶囊和氟溶剂a混合均匀，得到所述自修复易清洁涂层材料。

46、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述自修复易清洁涂层材料的使用方法，所述使用方法包括：将自修复易清洁涂层材料涂覆在不锈钢板表面，经干燥和固化，在不锈钢板上形成自修复易清洁涂层。

47、优选地，所述干燥的温度为20～40℃，例如20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃或40℃等。

48、优选地，所述干燥的时间为5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

49、优选地，所述固化的温度为120～140℃，例如120℃、124℃、128℃、132℃、135℃、138℃或140℃等。

50、优选地，所述固化的时间为40～60min，例如40min、42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或60min等。

51、第四方面，本发明提供一种如第一方面所述的自修复易清洁涂层材料在厨房电器产品中的应用。

52、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

53、本发明提供的自修复易清洁涂层材料包括儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微胶囊和氟溶剂a，且所述聚多巴胺微胶囊的壳材包括聚多巴胺，芯材包括多烷基有机金属盐；通过选择所述儿茶素改性全氟聚醚硅氧烷作为基体，搭配添加聚多巴胺微胶囊，使所得自修复易清洁涂层材料与不锈钢基材具有良好的粘结性能，且涂层具有高硬度、优异的疏水性、自修复性和抗菌性，涂覆在不锈钢基材表面后可以对不锈钢基材进行有效保护，进而可有效提升厨电产品的使用性能和使用寿命。