[发明专利]一种长耐久性的超疏水自清洁涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属化工新材料技术领域，具体涉及一种长耐久性的超疏水自清洁涂层材料及其制备方法。

背景技术

近年来，自清洁涂层受到了广泛的关注。超疏水(水接触角＞150°)自清洁涂层，通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。但实际空气环境中污染物多种多样，既有亲水性的粉尘污染物，又有亲油性的有机污染物，既有固体污染物，又有液态污染物，以及各种污染物的混合体，现有超疏水涂层并不能有效去除所有不同特性的污染物，导致其在实际使用过程中，由于污染物的不断积累使涂层表面丧失超疏水特性，另外，机械摩擦以及气候老化等原因均会使涂层的超疏水特性逐渐丧失。因此，现有超疏水涂层仍存在实际服役时间过短的问题。常见报道的制备超疏水性涂层的方法有：模板法、等离子体刻蚀法、静电纺丝法、腐蚀刻蚀法等。如，专利CN101544854A报道了一种纳米颗粒辅助微模塑法制备超疏水表面的方法，该方法先用PDMS为原料复制新鲜荷叶表面的微结构作为软模板，然后将改性的纳米粒子与聚合物浇注或热压到PDMS软模板表面，成型后剥离即得到表面含有微纳二阶结构、具有超疏水性功能的聚合物表面，但该方法不适合大面积制备超疏水涂层。在专利CN101255549A中，以BF₃-N₂-H₂-Ar为反应体系，采用微波等离子体化学气相沉积法，制备了一种由纳米片层组成的BN超疏水薄膜。该方法的缺点是需要特殊设备。在专利CN101428852A中，先通过静电纺丝制备出粗糙的TiO₂/PVP复合纳米纤维网膜，然后将复合纳米纤维网膜与低表面能物质(如聚甲基硅氧烷等)共同煅烧，在煅烧后TiO₂纤维网膜表面均匀地沉积一层纳米颗粒状低表面能物质，从而获得超疏水性涂膜。该方法的不足是需要静电纺丝设备和高温煅烧。专利CN101665968A报道了一种电化学法制备超疏水涂层的方法，即先通过电化学刻蚀再通过草酸阳极化氧化构造微纳米双重结构粗糙度，然后再通过表面氟硅烷修饰来制造超疏水表面。该方法不适合大型建筑物表面施工。专利CN101475173A报道了在硅片表面以银或金纳米粒子为阻挡进行化学刻蚀，得到微米和纳米复合结构表面，再对复合表面进行化学修饰等步骤，获得超疏水表面。该方法的缺点是对被刻蚀的基材具有选择性，而且需要化学修饰。专利CN101307210A报道了一种含纳米粒子的超疏水水性氟硅烷涂料，但该专利在制备过程中还必须加入无机致孔碳酸盐化合物，并且需要用无机酸来调控体系的pH在7-11之间，制备过程复杂，可控性差。这些专利报道的方法所形成的材料表面虽都具有超疏水特性，但在实际使用时仍存在两方面问题：(1)制备方法复杂，往往需要特殊设备，过程繁琐，对基材具有选择性，不适合于大面积制备超疏水涂层；(2)涂层的超疏水持久性差，从而导致涂层的自清洁功能寿命较短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于大面积制备的长耐久性的荷叶型超疏水自清洁涂层材料及其制备方法。该涂层材料由具有光催化活性的纳米粒子、低表面能聚合物和交联剂经室温干燥固化而成。该涂层同时具有超疏水性和光催化活性，不但可通过水滴的滚动带走亲水性污染物，而且可通过光催化降解油性有机污染物，使涂层表面超疏水特性长期保留，从而实现涂层的长效自清洁功能。

本发明所述的荷叶型超疏水自清洁涂层材料，其特征在于涂层厚度为1-100μm，可依据使用场合和涂层设计寿命自由调节。

本发明所述的超疏水自清洁涂层材料，其特征在于光催化活性纳米粒子在最终形成的涂层中的质量含量为10-60％。含量小于10％，无法在涂层表面形成微纳结构；含量大于60％，则涂层的力学性能会降低。

本发明所述的光催化活性纳米粒子，其特征构成为TiO₂、NbO₂、TaO₃、CrO₂、NiO₂、ZrO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、V₂O₅、GeS、ZnS、CeO₂、GaO₂、SbO₃、InO₆、Bi₂O₃纳米粒子中的一种或两种以上的混合物。