[发明专利]含氟甲基丙烯酸酯聚合物、自清洁涂层及制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种含氟甲基丙烯酸酯聚合物、自清洁涂层及制备方法、应用。含氟聚合物制备方法：原料包括聚合单体、引发剂和溶剂；聚合单体为单体A，或者单体A和单体B；单体A为PFDA；单体B包括MA、MMA、PS、丙烯酸甲氧基乙酯和BMA中的一种或多种；引发剂引发后，聚合单体经溶液聚合制得聚合物；聚合单体和“聚合单体和溶剂”的质量比为1～50％；当聚合单体为单体A和单体B时，单体A与单体B的摩尔比至少为0.5:1。本发明的含氟聚合物，其熔点可为60～120℃，热稳定性好；由该含氟聚合物制得的涂层透光性好，机械稳定性好，表面能较低，具有优异的自清洁和自修复性能，可通过加热的方法修复其化学及物理损伤。

技术领域

本发明涉及一种含氟甲基丙烯酸酯聚合物、自清洁涂层及制备方法、应用。

背景技术

自清洁是材料基于自身的表界面性质能够借助水，阳光，重力等自然条件自发地清除其表面附着的杂质和细菌来保持其表面清洁的性能。这种自清洁现象最开始来源于人们对大自然的观察，“出淤泥而不染”的荷叶就是最典型的自清洁表面，除此之外，大自然中许多植物的叶子，昆虫的翅膀等都具有自清洁性，它们大多都拥有特殊的润湿性。

目前具有自清洁性能的表面主要包括三类：(1)具有超亲水性质的自清洁表面；(2)具有超疏水或超疏油性质的自清洁表面；(3)具有超滑液性质的自清洁表面。

(1)具有超亲水性质的表面可以使水滴在污物与表面之间形成均匀铺展的水膜，在重力作用等外力下污物可以随水膜的流动而自动脱落，从而达到自清洁效果。最有效的制备超亲水涂层的材料为TiO₂，然而，基于TiO₂的表面的自清洁性能必须在紫外光照下才能实现，限制了其广泛的应用。

(2)水滴或油滴可以在具有超疏水或超疏油性质的表面形成能够自由滚落的液珠，液珠在重力等作用下可以自由滚落而避免其对表面的污染而实现自清洁效果。超疏水或超疏油表面制备原理是由粗糙的微纳米复合结构辅以疏水性或疏油性的表面化学修饰制备得到的。液滴在该类化学表面上的接触角大于150°，滚动角小于10°。尽管这类表面具有优异的自清洁性能，但是这类表面对于其微纳米复合结构的形貌要求极为苛刻。相关研究表明，只有具有“reentrant convex”形貌的微纳米复合结构才能满足制备这类表面的要求。而这一结构的制备通常涉及到复杂的技术，例如离子刻蚀、反向纳米压印、光刻法等，而且该方法制备的涂层通常是不透明的。不适合大面积低成本制备，同时限制了其在不同种类的基底材料上的普适性应用，无法满足实际应用的需求。

(3)在具有超滑液性质的自清洁表面上，无论液滴的静态接触角是多少，液滴都可以以较低的滑动角滑落。具体分为以下两种方法：

第一种方法是受到热带食虫植物猪笼草结构的启发，通过将全氟化的液体(润滑剂)注入到多孔的微纳米结构的基底中制备了液态的表面。当水或油滴与这种液态表面接触时，形成了具有超滑性质的液-液界面，在此界面上液滴可以很容易地以较低的滑动角向下滑动。然而，这类表面需在具有多孔微纳米结构的基底材料上制备得到，因而限制了该方法在不同基底材料上应用的普适性。而且基于液体润滑剂灌注的超滑液自清洁表面或有机凝胶材料在实际应用中，最主要的问题在于润滑液自身的挥发性和流动性会导致其在使用过程中不断消耗(特别是在高温环境下，润滑剂容易挥发)，而使得相应表面或凝胶材料丧失其自清洁的性能。

第二种方法是将低表面能的单分子层液体(如低分子量聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟烃基或全氟聚醚)接枝到基材上。在基底表面接枝的单分子层聚合物赋予了该表面“类液体”的性质，这有利于液体的滑动。但是，这种涂层是由单分子层的聚合物组成的，在使用时因受到磨损而损坏，寿命非常有限，缺乏耐久性。