[发明专利]一种超疏水无机有机纳米复合高分子涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水涂层材料及其制备方法，公开了一种可通过涂覆法与衬底材料共价结合形成具有超疏水结构和功能的无机有机纳米复合高分子涂层材料及其制备方法。

技术背景

复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大，其特点是比重小、比强度和比模量大，是无机有机复合材料的代表。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。由于纳米材料的特殊的性质，如小尺寸效应，表面效应为复合材料的研究提供了新的研究方向。以纳米材料为填充材料的纳米复合高分子材料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。例如，无机有机复合材料可以把高分子聚合物的柔性、延展性、介电性和可加工性能等和无机物的刚性、高热稳定性等结合起来，从而产生了很多特异性能，比如强度高，硬度大，重量轻，以及优越的机械性能和耐热性能。无机有机纳米复合高分子材料在目前研究的着重点还在于用纳米材料来提高有机高分子材料的机械性能，耐热性，耐腐蚀性；用于制备具有自清洁，耐污的超疏水研究的处于起步阶段，因而本发明具有重要的意义。

固体表面的水湿性是非常重要的表面性质之一，体现在水滴和该平坦表面的接触角(CA)。当物体表面的CA超过150°时，这种表面通常被称为超级疏水表面。由于超级疏水表面的水接触角非常高，所以水珠非常容易滚落，而且在滚落的过程中带走灰尘，因而，超级疏水表面具有非常好的防沾，防污，和自清洁的功能。超疏水表面由于具有优异的超疏水性能，在国防，工业生产和日常生活中都有着广泛的应用前景。例如，超疏水技术用在室外天线上，可以防止积雪从而保证通讯质量；用在轮船和潜水艇的外壳上，可以减少船的动力消耗，同时达到防污、防腐的效果。正是因为超疏水表面材料的应用前景，超疏水涂层材料的研究得到了不断的发展和深入。目前的高分子复合材料的填料如玻纤，碳酸钙，氧化铝都是亲水的，最终导致所得到的复合无机有机复合材料的表面易脏，不耐污，润湿性可调范围小。特别是在厨房洁具，船体方面，汽车内外饰品，亲水的表面尤其不耐脏，因而制备疏水的尤其是超疏水的涂层表面具有重要的意义。

中国专利(CN101117713A)公开了采用浸入-自组装制备超疏水改性纳米二氧化硅-聚氨酯复合涂层的方法。由于改性纳米二氧化硅-聚氨酯复合涂层仅仅成膜在具有粗糙表面的铝合金基体材料上，其可应用性不强。另外该材料的超疏水稳定性未经测试。对于一般表面，不具有应用可行性，从而限制了它的应用范围。

中国专利(CN1397668A)提供了一种具有超疏水性表面的聚合物纳米束的制备方法，所制得的聚合物纳米纤维束表面不需要任何表面处理即表现为超疏水性。该方法在制备超疏水表面过程中比较复杂，同时制备过程中的能耗也相对较高。

中国专利(CN1397668A)公开了以疏水性聚合物作为前躯体，以不同孔径及密度分布的多孔铝板作为模板，通过挤压聚合物熔体或溶液的方法，制备出具有超疏水性表面的聚合物纳米材料。该方法所用的铝制模板易碎，价格较贵以及对聚合物进行熔体都需要能耗。

中国专利(CN1850927A)公开了一种水性纳米复合聚氨酯聚酯涂层材料及其制备方法。该涂层材料的性能稳定，硬度好，耐磨性也好，但是，该材料的耐污能力差，容易脏，不具有自清洁的作用。

中国专利(CN1831070A)公开了一种耐蚀性的有机无机杂化涂层材料的制备方法和应用。该方法采用具有缓蚀作用和鳌合作用的螯合剂为催化剂，与硅烷氧基化合物、水、醇类溶剂、共混反应物制备有机-无机杂化涂层材料，该方法制得的有机无机复合材料具有耐腐蚀、耐热性和化学稳定性。但是，该涂层材料不耐污，不具有自清洁的作用。