[发明专利]一种自修复超疏水涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于自修复和超疏水涂层制备技术领域，具体是将仿生的自修复功能引入 到超疏水涂层中，提供一种能够延长超疏水涂层使用寿命的自修复超疏水涂层的制备 方法。

背景技术

超疏水现象在自然界非常广泛，很多植物、动物、昆虫都具有超疏水的表面。超 疏水表面一般指接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。科学研究表明，超疏水性 质是由粗糙的表面结构和较低的表面能这两方面因素共同决定的。超疏水表面具有很 多独特的表面特性：如自清洁性、防污性、疏水性等，使得其在生活、生产领域都具 有巨大的应用前景。

然而在自然环境中，超疏水表面很容易遭到破坏：一方面是由于紫外线或酸雨对超 疏水表面的低表面能物质的破坏，另一方面是由于风沙、动物的抓划破坏了超疏水表 面的结构。具有超疏水性质的植物或动物可以通过分泌蜡质或油脂来修复受损的超疏 水表面。然而对于人造超疏水表面来说，要想恢复被破坏的超疏水性就必须对其重新 喷涂地表面能的材料，甚至重新更换超疏水涂层，造成了额外的支出和人力劳动。

将自然界普遍存在的自修复功能引入到超疏水涂层当中，一旦涂层表面的低表面 能物质被紫外线或酸雨分解甚至被外力刮走，涂层内部的低表面能分子能够自发的渗 透出来，对受损的超疏水表面进行修复，从而延长了超疏水表面的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是将自修复功能引入到超疏水涂层当中，制备一种能够自行修复其 表面化学组成的超疏水涂层，从而有效地延长超疏水涂层的使用寿命。一旦涂层表面 的低表面能物质被紫外线或酸雨分解甚至被外力刮走，涂层内部的低表面能分子能够 自发的渗透出来，对受损的超疏水表面进行修复，为延长了超疏水表面的使用寿命提 供了一个新方法。

本发明所述方法的步骤如下：

1.基底的处理：本发明所述方法不受基底的形状、大小和种类的影响，平面、曲 面或不规则的硅片、金属(如铁、铝、或铝合金)、玻璃(石英或普通玻璃)或各种塑料 均可作为基底使用，基底在使用前分别使用乙醇和水对表面进行超声清洗，以去除基 底表面上的油脂和污物等杂质，氮气冲干；

2.涂层溶液的制备：将浓度为0.1～10mg/mL的阴离子聚合物A的去离子水溶 液与浓度为0.1～10mg/mL的阳离子聚合物的去离子水溶液以重复单元摩尔比为1∶ 1～1∶20的比例混合，制备成复合物溶液；再将阴离子聚合物B溶于去离子水中， 制备成浓度为1.0～10.0mg/mL的去离子水溶液；

3.微纳复合表面的制备：将步骤1处理过的基底交替浸泡在步骤2所制备的两种 溶液中各3～30分钟，每次浸泡后均将基底取出并用去离子水冲洗，从而完成一个周 期的层状组装膜的制备；重复本步骤过程，吹干后从而在基底上利用层状组装技术制 备得到不同粗糙度的多层微纳复合结构涂层；

4.涂层的热处理：将步骤3得到的制备有多层微纳复合结构涂层的基底放入烘箱 中在50℃～400℃温度条件下加热1～3小时，以增加涂层的稳定性；

5.疏水物质的修饰：将步骤4得到的基底在60℃～250℃温度条件下进行化学气 相沉积，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏水自清洁涂 层。

本发明所述的阴离子聚合物A为聚乙烯苯磺酸钠、磺化聚醚醚酮或磺化聚苯胺；

本发明所述的阳离子聚合物为聚二甲基二丙烯基胺盐酸盐或聚丙烯胺；

本发明所述的阴离子聚合物B为聚甲基丙烯酸或聚丙烯酸；

本发明所用含疏水链的分子为四氢全氟C₄～C₁₆烷基三甲基硅烷或四氢全氟 C₄～C₁₆烷基三烷氧基硅烷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，成本低；

2.可以在非平面复杂结构基底上制备；

3.制备的超疏水涂层，接触角大于150°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性；

4.制备的自修复超疏水涂层能够在潮湿的环境下修复被分解或破坏的低表面能 物质，修复被破坏的超疏水性。

附图说明

图1：实施例1所得自修复超疏水涂层接触角状态图；

图2：实施例1所得自修复超疏水涂层被O₂等离子体破坏后接触角状态图；