一种微结构自愈合超疏水涂层、制备方法及应用

本发明属于超疏水涂层领域，具体涉及一种微结构自愈合超疏水涂层、制备方法及应用。

背景技术：

1、超疏水涂层的疏水性取决于低表面能和表面微纳米结构，但在实际应用过程中，由于化学和物理作用，使得低表面能和微纳米结构损伤，导致液滴发生cassie-wenzel转变。因此，超疏水涂层的耐久性问题限制了其的实际应用。

2、针对超疏水涂层的耐久性问题，目前的研究主要从增强涂层本身机械强度和损伤自修等方面着手解决。其中自愈合涂层因可以自行修复损伤被广泛研究，包括将低表面能物质存储于多孔结构的胶囊，具有低熔点物质的相变移动，利用分子间动力学键促进链段的热运动等自愈合涂层。对于化学损伤通过释放低表面能物质或分子链段热运动可取代生成的极性基团实现自修复，但对于微结构的自修复研究甚少。

3、刘等通过石墨烯的热膨胀和氟橡胶树脂(fkm)的弹性变形特性制备了微结构自修复超疏水涂层。张等利用巴西棕榈蜡(cw)作为超疏水涂层的温度响应性相变物质，与改性氟橡胶(mfr)和大长径比的碳纳米纤维(cnf)结合，获得了具有优异结构修复性能的超疏水fsr/cnf/cw/mfr复合涂层，有效提高超疏水涂层的疏水稳定性和使用寿命。因此，本发明通过多巴胺的自氧化聚合将十八按相变材料封装在多孔硅藻土之中，经双氨基封端pdms改性后，分散于丙烯酸树脂与pdms混合溶液中，通过简单喷涂法制备具有微结构自修复的超疏水涂层。

4、目前，采用石墨烯的热膨胀(eag)和氟橡胶树脂(fkm)的弹性变形特性制备了微结构自修复超疏水涂层。其主要步骤是先合成氟改性的石墨烯纳米粒子，将0.25geag和2mlteos均匀分散于20ml乙醇中，机械搅拌10min，将2m的nh3·h2o和20ml乙醇的混合液逐滴滴加至上述溶液中，以300r/min的转速搅拌12h。随后将100μl 1h，1h，2h，2h－全氟癸基三氯硅烷(pfts)加入到eag@sio2凝胶中，水解12h后经80℃干燥得到eag@sio2-pfts粒子，在涂层煅烧过程中可构建丰富的微纳结构以实现超疏水性能。

5、然后进行超疏水涂层的制备：首先将1.0g聚苯硫醚(pps)树脂粉末分散在10ml乙醇中，然后用空气喷枪在6bar压力下将悬浮液喷涂在抛光铝基体上，喷涂距离保持在15～20cm。在300℃下煅烧后，得到底层纯pps涂层，以增强后续超疏水涂层的附着力。随后将0.04g eag@sio-pfts、0.08g fkm、1.0gpps、0.1g fep分散于10ml乙醇中，磁力搅拌1h，制备超疏水聚合物悬浮液。最后将配制的悬浮液喷涂干预涂pps涂层表面，在300℃热处理过程中，可获得超疏水pps/fkm/eg@sio2涂层，且涂层由eag@sio2迅速膨胀为eg@sio2。但是选用石墨烯做超疏水涂层具有成本高，而且引入氟硅烷进行疏水改性造成氟中毒，对环境不友好的问题。

6、cw和mfr复合粒子的制备：将4g巴西棕榈蜡(cw)和40ml乙酸乙酯的混合溶液放入试剂瓶中，在85℃水浴中剧烈搅拌5分钟。随后，在室温下将20ml乙醇逐滴加入cw/乙酸乙酯混合溶液中并搅拌。冷却、真空抽滤和干燥后，得到cw颗粒。将0.16g氟橡胶(fr)粒子加入到40μl pots和1ml乙酸乙酯的混合液中，fr粒子在发生浸渍改性的同时，发生轻微膨胀，最终经80℃干燥得到氟硅烷改性氟橡胶粒子，命名为mfr。

7、超疏水涂层的制备：将cnf(0.12g)和mfr(0.12g)颗粒在强超声振动下分散在乙酸乙酯(15ml)中10min。随后，将fsr树脂(1g)、n3390固化剂(1g)和cw粉末(0.05g)加入溶液中，使用超声波发生器进行强超声振动分散5min。最后，在40℃的加热平台下，以5～6bar的压力将溶液喷涂在处理过的铝板上。在鼓风干燥箱中以180℃的温度固化1h后，成功获得超疏水fsr/cnf/cw/mfr涂层，但是选用碳纳米纤维构筑网络结构成本高，不易于超疏水涂层的普遍应用。选用氟硅烷进行疏水改性具有环境不友好性。使用的相变材料巴西棕榈蜡在温度超过其熔点后，出现溢漏，降低了涂层的循环使用寿命；所以急需一种微结构自愈合超疏水涂层、制备方法及应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题和缺点，本发明提供了一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

2、s1：将硅藻土进行煅烧，加入到naoh溶液中，搅拌、过滤后干燥，得到硅藻土a；

3、s2：将硅藻土a与十八胺液体按照2:1质量比混合，进行真空浸渍，得到浸渍有十八胺的硅藻土do；

4、s3：将步骤2得到的硅藻土do加到溶剂中，调节ph，进行搅拌，加入多巴胺继续搅拌，进行干燥，得到多巴胺封装的doa；

5、s4：将步骤3的doa加入到溶剂中，加入双氨基封端的聚二甲氧基硅烷，搅拌清洗，真空干燥得到聚二甲氧基硅烷改性的n-doa；

6、s5：将步骤4得到的n-doa，与聚二甲氧基硅烷和丙烯酸树脂加入到乙酸丁酯溶液中搅拌，加入均苯甲醛继续搅拌，得到混合液体，采用喷枪在压力下，将混合液体在基地材料上喷涂制备，固化，得到微结构自愈合超疏水涂层。

7、进一步的，s1中所述的煅烧时间为2h，煅烧温度为600℃。

8、进一步的，s1中所述的搅拌时间为2h，搅拌温度为75℃，干燥温度为80℃，干燥时间为2h。

9、进一步的，s2中所述的浸渍温度为70℃，浸渍时间为1h。

10、进一步的，s3中调节ph为8.5，搅拌时间为1～2h，干燥时间为2h，干燥温度为60℃。

11、进一步的，s4中搅拌时间为12h。

12、进一步的，s5中搅拌时间为10min，固化温度为80℃，固化时间为1h，压力为0.5mpa。

13、一种微结构自愈合超疏水涂层，所述涂层为微纳米级乳突结构的仿荷叶涂层结构。

14、一种微结构自愈合超疏水涂层的应用，所述涂层在制备自清洁，防覆冰和防污涂层中应用。

15、技术效果

16、(1)本发明提供的一种微结构自愈合超疏水涂层，使用价格优惠的硅藻土和十八胺降低了涂层制备成本，该涂层的微结构恢复率高。经600目砂纸摩擦2000cm后，在十八胺相变和分子链段运动作用下，损伤结构恢复，超疏水性恢复率高达98.6％；并且该涂层更加绿色。

17、(2)本发明提供的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，可大范围制备，其中简单喷涂法实现了涂层的大范围制备，该制备方法使用nh2-pdms-nh2进行涂层疏水改性，不仅增强了doa在基体材料中的分散性，而且实现了无氟改性。

18、(3)本发明提供的一种微结构自愈合超疏水涂层的应用，适用范围广。使用ar/nh2-pdms-nh2作为基体材料，增强了涂层与众多基底材料之间的附着强度，拓宽了其的应用。

技术特征：

1.一种微结构自愈合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所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述的煅烧时间为1～3h，煅烧温度为600℃。

3.根据权利要求1所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s1中所述的搅拌时间为2h，搅拌温度为75℃，干燥温度为80℃，干燥时间为2h。

4.根据权利要求1所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s2中，所述的浸渍温度为70℃，浸渍时间为1h。

5.根据权利要求1所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s3中，调节ph为8.5，搅拌时间为1～2h，干燥时间为2h，干燥温度为60℃。

6.根据权利要求1所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s4中搅拌时间为12h。

7.根据权利要求1所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的制备方法，其特征在于，s5中搅拌时间为10min，固化温度为80℃，固化时间为1h，压力为0.5mpa。

8.根据权利要求1～7任一所述的制备方法得到的一种微结构自愈合超疏水涂层，其特征在于，所述涂层为微纳米级乳突结构的仿荷叶涂层结构。

9.根据权利要求8所述的一种微结构自愈合超疏水涂层的应用，其特征在于，所述涂层在制备自清洁，防覆冰和防污涂层中应用。

技术总结在本发明属于超疏水涂层领域，具体涉及一种微结构自愈合超疏水涂层、制备方法及应用。首先将硅藻土进行煅烧，加入到NaOH溶液中得到硅藻土A，然后将硅藻土A与十八胺液体混合，进行真空浸渍，得到浸渍有十八胺的硅藻土DO，然后把DO加入溶剂中，调节pH，再加入多巴胺，得到DOA；将DOA加入到溶剂中，并加入双氨基封端的聚二甲氧基硅烷，得到N‑DOA；将N‑DOA与NH<subgt;2</subgt;‑PDMS‑NH<subgt;2</subgt;和丙烯酸树脂加入到乙酸丁酯溶液中，再加入均苯甲醛得到混合溶液，然后通过喷枪在基材上制备得到微结构自愈合超疏水涂层。该涂层的微结构恢复率高，并且制备成本低，并且该制备方法实现了无氟改性。技术研发人员：刘艳,杨响明,钟玉婷,陈辉受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14