[发明专利]一种持久耐磨型高自洁超憎水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种持久耐磨型高自洁超憎水涂层及其制备方法。该涂层是由氟树脂、低表面能填料、纳米二氧化钛和异氰酸酯固化剂在室温下固化而成，其中低表面能填料与纳米二氧化钛分别为纳米棒状与纳米颗粒的组合，或低表面能填料或纳米二氧化钛为粒径不同的纳米颗粒，二者粒径比大于10。本发明在高度滴落的情况下亦能够保持稳定的Cassie模型的超憎水结构，而且依靠自身光催化效果能够降解表面粘附的有机污染物，能够持久保持涂层表面的超憎水与高自洁能力。而且由于纳米棒(线)或大粒径填料与氟树脂基体之间的接触面积较大，磨损脱落需要克服较大的阻力，因而涂层本身耐磨性较好，能够保证超憎水效果的持久性。

技术领域

本发明属于有机无机复合涂料技术领域，具体涉及一种持久耐磨型高自洁超憎水涂层及其制备方法。

背景技术

自清洁通常是衡量涂层表面的灰尘或污染物在重力、风力、雨水冲刷及光照等外部作用下实现脱落或者降解而能够保持表面清洁的一种能力。根据表面润湿性的不同可将自清洁机理分为超憎水致自清洁及超亲水致自清洁。超憎水涂层具有水接触角大于150°，滚动角小于10°的特殊浸润状态的表面，滴落在其上的水滴与涂层表面的实际接触面积很小，被涂层内部截留的大量空气托起，因而容易形成水珠状在表面上滚走。水珠滚落过程能够挟带易于被水润湿的灰尘或污染物脱离涂层表面，从而达到自清洁的效果。而超亲水涂层表面的水接触角小于5°，油污不易附着于其上，并且能够依靠表面形成的水膜将污染物进行冲洗而实现自清洁。超亲水涂层中包含一种特殊的光致超亲水涂层，通常含有具有光催化活性的纳米颗粒，如纳米TiO₂是一种典型的光催化剂，在光照的作用下能够有效降解涂层表面的有机污染物，并且在光致超亲水性的特点下，降解物质能够被涂层表面的流动水膜冲掉。

超憎水涂层的制备方法有模版法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、自组装法、相分离法、刻蚀法等，存在的通病是制备工艺复杂、成本高而且不利于规模化生产，制备涂层的耐候性通常不佳，此外，超憎水涂层所必须的微观粗糙结构容易受到外力破坏，液滴滚动受阻，从而失去超憎水效果带来的自清洁优势。利用耐候性优异的低表面能成膜物质为基体、纳米颗粒构造微纳粗糙结构的一步共混法有助于超憎水涂层实现规模制造。然而好的超憎水效果通常是以降低涂层本身的机械性能尤其是耐磨性为代价的，因而超憎水涂层存在服役时间短的弊端。超亲水涂层的制备方法中的溶胶-凝胶法、自组装法、水热法等工艺繁琐、成本较高、制备涂层结合力弱等，限制了超亲水自清洁涂层的应用。光致超亲水涂层中含有的纳米二氧化钛粒子在发挥光催化降解功效时，也容易对成膜物造成降解，削弱涂层的力学性能。将超疏水性与光催化性的特点相结合，使得涂层在整体保持超憎水效果的同时，局部与水滴的接触部位能够发挥对有机污染物的光催化降解效应，实现高度自清洁效果，并具有持久性的超憎水效果，具有极大的应用价值。

专利CN101962514B报道了一种长耐久性的超疏水自清洁涂层，专利CN103409028B也公布了一种光催化型自修复超疏水涂料，研究思路均是将超憎水与光催化效果进行结合，制备工艺简单可行，然而仅仅依靠纳米光催化颗粒或者纳米颗粒的简单搭配组合使用，并不能保证超憎水效果的耐磨持久性。而且自修复效果是依赖光催化粒子对成膜基体的降解实现粗糙结构的重构，并不能保证涂层的机械性能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种持久耐磨型高自洁超憎水涂层及其制备方法。该高自洁超憎水涂层是由氟树脂、低表面能填料、纳米二氧化钛和异氰酸酯固化剂在室温下固化而成，所制备的高自洁超憎水涂层在高度滴落的情况下亦能够保持稳定的Cassie模型的超憎水结构，而且依靠自身光催化效果能够降解表面粘附的有机污染物，能够持久保持涂层表面的超憎水与高自洁能力。