[发明专利]一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法，其中，所述制备方法包括步骤：选取三种不同密度、不同粒径的微纳米颗粒；对粒径和密度较小的微纳米颗粒进行疏水改性；将经过疏水改性的微纳米颗粒以及未经过疏水改性的微纳米颗粒分别与粘合剂溶液混合，对应制得固体填充物含量依次逐渐降低的第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液；将所述第一微纳米颗粒混合液、第二微纳米颗粒混合液以及第三疏水微纳米颗粒混合液依次喷涂在基底表面，固化后制得所述微纳复合超疏水耐磨涂层。本发明制备的涂层的接触角可以达到160‑165°，滚动角小于5°，并在200kPa的压力下进行耐磨实验，循环150次之后还能保持涂层接触角为153°。

技术领域

本发明涉及超疏水表面技术领域，特别涉及一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

液体对固体表面的润湿和抗润湿是一种常见的自然现象，表面润湿性是液体在固体表面上展开的一种能力，这种现象与人类的生产和生活密切相关。超疏水表面，即水在固体表面有极高的接触角(CA150°)、低后置接触角(CAH)和极低的滚动角(SA5°)。

研究人员通过对多种具有表面超疏水现象的动植物进行研究，发现它们的表面都同时具有粗糙的微纳复合结构，通过分析其表面化学组成，能得到它们表面都覆盖了一层低表面能的化合物。由此，可以得出当材料表面具有粗糙结构的同时且具有低表面能时，材料表面能够具备超疏水特性。这一特性不仅减少了水在表面的粘附，也会减少材料表面的腐蚀，从而赋予材料优异的防雾、防冰、耐腐蚀等性能。并且其极小的滚动角可以使水滴滑落从而带走固体表面的杂质，使得超疏水表面也具有自清洁性。由于表面的润湿性是由表面能和表面形貌共同支配，所以调控表面粗糙度或化学组成都是常用的构建超疏水表面的方法。

目前超疏水材料的大量研究主要集中在三个方面：疏水材料的制备方法与技术；超疏水性背后的理论机理；以及超疏水材料的应用。固体表面要实现超疏水性能需要有严格的表面微纳复合粗糙结构和极低的表面能。超疏水材料在自清洁、放粘附、油水分离、控释药物等诸多领域都有广阔应用前景。研究人员也对表面形貌、润湿性等超疏水性机理方面进行深入研究，产生了三种经典模型来解释其表现出的亲疏水现象的机理：Young`s模型、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型。对于材料的疏水性能主要是基于材料表面的微纳分级结构和低表面能的共同作用，则根据疏水材料的这两个基本特点，研究人员提出了制备超疏水材料的多种方法。第一，通过化学方法直接在材料表面上形成氟、碳、硅的化合物，得到表面能低的粗糙涂层；第二，直接将基材表面粗糙化，然后在基材上低表面能的薄膜和涂层；第三，采用光刻、高能束和机械腐蚀等微纳工艺对基底进行加工。目前制备薄膜和涂层的方法有溶胶凝胶法、相分离法、电化学法、模板法、等离子气相沉积法等。

超疏水材料在自清洁、耐腐蚀、防冰覆、油水分离、流体减阻、船体防污、挡风玻璃和建筑涂料等诸多领域都有广泛的应用前景。但目前人工超疏水的制备仍然停留在实验室阶段，无法实现大规模工业化应用，其有以下两个方面原因：

(1)人工超疏水表面的微纳粗糙结构非常脆弱，机械稳定性差。当在应用过程中很容易受到机械磨损，导致表面丧失超疏水性；

(2)目前，所报道的人工超疏水表面耐久性差，表面低表面能物质易受环境因素影响而被破坏。当人工超疏水表面处于强酸强碱、油烟和强紫外等的特殊环境中时，表面超疏水特性难以长时间保持。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微纳复合超疏水耐磨涂层及其制备方法，旨在解决现有技术制备的疏水涂层耐磨性较差、以及疏水性能较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种微纳复合超疏水耐磨涂层的制备方法，其中，包括步骤：