[发明专利]一种光催化型自修复超疏水涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工新材料制备技术领域，具体涉及一种光催化型自修复超疏水涂料的组成及其制备方法。

背景技术

超疏水涂料具有很独特的性能，在许多领域（如自清洁、防覆冰、防腐蚀及防污等）具有潜在的应用价值。但是现有超疏水涂料的耐久性能较差，在受到外力摩擦、太阳光照或油性污染物污染后，很容易失去超疏水性能，限制了超疏水涂层在户外环境下长期使用。因此，近年来，有关耐久型超疏水涂料的制备研究越来越受到关注，其中赋予涂层类似于荷叶一样的表面自修复性是实现超疏水涂层耐久性的最佳途径。

目前，关于耐久型超疏水涂料的制备已有一些专利报道。如，专利CN101962514A报道了一种长耐久性的超疏水涂层材料的制备方法，该方法以光催化活性纳米粒子、低表面能聚合物和交联剂经室温干燥固化而成。该方法所制备的涂层虽然具有光催化降解有机污染物的能力，但是该涂层在表面磨损后不具有自修复性。专利CN101962514A报道了一种以含氢硅油固化物为基体的超疏水透明薄膜的制备方法，该方法所制备的薄膜是由聚合物基体和含氟硅链段的二氧化钛改性颗粒共混固化而成，该薄膜在室外环境下具有一定时间的疏水持久性，但是该薄膜表面磨损后同样不具备自修复功能。专利CN101791608A提出了一种自修复超疏水涂层的制备方法，该发明通过基底的处理、溶液的配制、微纳复合结构的组装、涂层的热处理、疏水物质修饰等步骤，制备出具自修复功能的涂层。但该方法步骤繁多，工艺复杂，不适合大面积制备。此外，该方法所制备的涂层的自修复功能仅局限于受损涂层表面化学物质的自修复，而对于破坏后的表面微纳结构则无自修复性。此后，专利CN102641830A提出了一种利用喷涂技术制备自修复超疏水涂层制备方法，该方法改进了先前的制备工艺，步骤简化，可大面积施工。但是该方法所制备的涂层的自修复功能仍仅局限于受损涂层表面化学物质的自修复，而对于破坏表面微纳结构则无自修复性，而且该涂层在户外使用遇到有机污染物时，超疏水性能将会受到影响。因此，现有耐久型超疏水涂料的报道都集中于表面疏水物质自修复，或赋予超疏水表面光催化分解有机污染物的能力，而对构建超疏水特性的另一要素微纳结构的自修复则未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合户外环境使用的光催化型自修复超疏水涂料组成及其制备方法。该涂料干燥后形成的涂层在户外使用时，不但具有分解表面有机污染物的能力，而且在机械磨损后，其表面具有疏水物质和微纳结构双重自修复能力。

本发明所述的光催化型自修复超疏水涂料，其特征在于其由热塑性成膜树脂、低表面能物质、具光催化纳米粒子、疏水性纳米粒子以及有机溶剂组成。其中，涂料中各组份的质量百分含量为：

热塑性成膜树脂                        10~50%；

低表面能物质                          5~20%；

具光催化活性纳米粒子                  1~10%；

疏水性纳米粒子                        5~40%；

有机溶剂                                                   20~60%。

本发明中，所述的热塑性成膜树脂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、多元醇和多元酸缩聚而成的聚酯树脂、聚氨酯、酚醛树脂和醇酸树脂中的一种或几种的混合物。

本发明中，所述的低表面能物质由含羟烷氧基、碳碳双键、硅羟基或硅烷氧基等活性基团的氟化聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷以及氟硅烷中的一种或多种组成，分子量为200-20000g/mol。

本发明中，所述的具光催化活性纳米粒子为ZnO、TiO₂、WO₃、SnO₂、CeO₂、TaO₃、ZrO₂、NiO₂、CuO、V₂O₅、ZnS或CdS纳米粒子中的一种或两种以上的混合物。

本发明中，所述的疏水性纳米粒子，其制备步骤为：

氟硅烷与纳米粒子，按质量比为0.1~1，投入乙醇中高速分散，待纳米粒子分散均匀后，加入氨水，氨水用量为氟硅烷与纳米粒子两者质量总和的5%~30%，然后在40℃~100℃下反应10~24小时后，洗涤干燥即得到疏水性纳米粒子。