[发明专利]基于有机/无机粒子复合制备的耐摩擦型聚氨酯超疏水涂料、涂层、方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于有机/无机粒子复合制备的耐摩擦型聚氨酯超疏水涂料、涂层、方法和应用，所述涂料包括聚氨酯涂料组分和纳米粒子涂料组分；其中，所述聚氨酯涂料组分的原料包括聚氨酯、有机粒子以及添加型稀释剂1；所述纳米粒子涂料组分的原料包括纳米二氧化硅以及添加型稀释剂2。本发明提供的聚氨酯基超疏水涂层，在具有优异的疏水性能的同时，还具有良好的耐磨性能，环境稳定性和防结冰性，通过本发明方法制备的薄膜具有优异的机械强度，并能与基底材料结合良好，还具有良好的耐磨性能，自清洁性和防结冰性。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，尤其是一种基于有机/无机粒子复合制备的耐摩擦型聚氨酯超疏水涂料、涂层、方法和应用。

背景技术

有机/无机纳米复合材料以其独特的结构和性能引起了人们越来越多的关注，有机/无机复合材料综合了有机材料的特点(韧性好、耐冲击、质量轻、易加工等)和无机材料的优点(高强度、硬度、热稳定性、抗腐蚀和优异的光学性能)。有机/无机纳米复合材料是21世纪极为引人注目的材料，在航天、航空、能源、环保、汽车、建材、生物医学等领域，显示出重要的研究价值和应用前景。

表面浸润性能是固体材料最重要的理化性质之一，在涂装、催化、防水、生物医用材料等领域起着重要的作用。近年来，超疏水表面的研究引起了人们的广泛关注。超疏水表面是指与水的接触角大于150°，而滚动角小于10°的表面，超疏水表面具有很多独特的表面性能：如自清洁性、防污染性、疏水性、低摩擦系数等特性，这些独特的性质使其在防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀、自清洁以及防止电流传导等很多领域具有广泛的用途。

超疏水涂层的制备方法主要有：模板法、刻蚀法、等离子体法、模板法、沉积法、电纺法等。然而，这些制备方法的技术复杂且设备昂贵难以实现广泛的工业应用。

一般情况下，材料表面实现超疏水性需要借助微/纳米粗糙结构和低表面能截留空气并托起液滴，实现Cassie-Baxter态的同时创造低的固-液接触。然而，微/纳米粗糙结构在机械载荷下会产生极高的局部压强，使其易碎易磨损。此外，磨损会暴露底层材料，改变表面的局部化学性质，使其从疏水性变成亲水性，导致水滴钉扎。因此，如何保证在拥有良好超疏水性能的同时，又能实现较强的机械稳定性，是当前超疏水材料面对实际应用的关键难题。

制备超疏水涂层往往是通过化学修饰或包埋单一种类的纳米颗粒来实现的，但很少有研究使用混合多尺度有机和无机的颗粒构建粗略的分层结构。有机粒子有丰富的撕裂组织，能够提供多级粗糙结构，其本身具有低表面能，耐磨性、耐冲击性能好，并且与高分子材料的基体相容性好，可以与基体一起溶胀后收缩，从而使涂层内部孔隙减少。无机粒子形状稳定，粒径分布均匀，能提供更高的纳米级粗糙结构，硬度高但韧性差，易在涂层内部团聚。本发明通过去耦合机制将超疏水性和机械稳定性拆分至两种不同的结构尺度，利用微米级有机粒子提供机械稳定性和优异的相容性，纳米级无机粒子提供高粗糙度和超疏水性，两种粒子“镶嵌”形成微结构“铠甲”保护超疏水纳米材料免遭摩擦磨损。

随着人们环保意识的不断增强，具有自清洁功能的超疏水材料引起了广泛的关注。超疏水表面的自清洁性是指在低滚动角以及接触角滞后的表面上，利用液滴滚动的特性带走残留在固体表面的污渍，从而达到自清洁的能力。然而现有报道的大多数超疏水表面的制备需要在严格的实验室设备和工艺控制条件下进行，存在着附着力差，涂层易破损，环境稳定性差缺点。且制备过程复杂，无法大面积成膜，从而限制了超疏水涂层在生产领域的广泛应用。

通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上存在的问题，提供一种基于有机/无机粒子复合制备的耐摩擦型聚氨酯超疏水涂料、涂层、方法和应用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：