[发明专利]一种多羟基聚硅氧烷及耐磨超疏水涂层及制备方法

说明书

本发明属于超双疏材料领域，公开了一种多羟基聚硅氧烷及耐磨超疏水涂层及制备方法。该多羟基聚硅氧烷的结构式如下式所示：本发明通过保护和去保护的过程在柔性的硅氧主链上引入了活性羟基基团，合成了侧链带有活性羟基基团的聚甲基硅氧烷，然后将侧链带有活性羟基基团的聚甲基硅氧烷和二异氰酸酯交联形成的体型网状结构，甲基在基底表面有序、密集的排列，甲基本身极性很小，体积很小，表面张力低，因而可以形成一层致密的低表面能层，而且利用异氰酸酯的粘结作用，从而可以形成耐磨的超疏水材料。

技术领域

本发明属于超双疏材料领域，特别涉及一种多羟基聚硅氧烷及耐磨超疏水涂层及制备方法。

背景技术

荷叶效应是植物在进化的过程中演变出来的适应大自然的奇异效应。表征表面润湿行为的最主要的参数是接触角，根据接触角的范围可以将表面分为超亲水表面、超疏水表面、超亲油表面、超疏油表面。其中如果表面对水的静态接触角小于10°，称之为超亲水表面，如果表面拥有大于150°的接触角，称之为超疏水表面。如果表面对油拥有大于150°的接触角，可认为是超疏油表面。如果表面既具有超疏水性，又有超疏油性能，则称之为超双疏表面。

超疏水表面由于其独特的疏水性能，可应用于很多方面。超疏水表面拥有自清洁功能而可用于太阳能发电电板的表面，这样可以保证在室外的条件下太阳能发电电板的发电效率；超疏水表面可以应用到一些需要保持清洁的镜面，这样可以大大的减少劳动力的损耗；超疏水表面可以应用到电线或者高压电网上构筑超疏水表面，可避免电线在冰暴或者雪暴天气表面形成冰冻层，从而引起短路导致大范围断电工厂停产，甚至导致铁路等交通运输线路的中断。

为了制备性能良好又实用的超疏水表面材料，许多研究者进行了大量的研究工作。Tong Lin团队在“Superstrong,Chemically Stable,Superamphiphobic Fabrics fromParticle-Free Polymer Coatings，H.Zhou,H.X.Wang,H.T.Niu,J.Fang,Y.Zhao,T.Lin,Superstrong,Chemically Stable,Superamphiphobic Fabrics from Particle-FreePolymer Coatings.Adv Mater Interfaces 2,(2015)”中采用将十七氟癸基三乙氧基硅烷和聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)溶解在混合溶剂丙酮和N，N-二甲基甲酰胺中，然后用配好的溶液来处理织物表面，获得了具有超双疏的表面。Caihong Xu在“Highly transparent anddurable superhydrophobic hybrid nanoporous coatings fabricated frompolysiloxane，D.Wang,Z.Zhang,Y.Li,C.Xu,Highly transparent and durablesuperhydrophobic hybrid nanoporous coatings fabricated from polysiloxane.ACSapplied materials&interfaces 6,10014-10021(2014)”中采用聚甲基氢硅氧烷和聚乙烯基硅氧烷在聚二甲基硅氧烷作为制孔剂的条件下，采用烧结的作用在玻璃的表面制备透明的超疏水表面。这种方法不采用含氟物质制备超疏水表面，使用过程中不存在潜在的危害，但是烧结的处理过程不利于此项技术的普及。Guojun Liu教授在“Fluorine-Free Anti-Smudge Polyurethane Coatings.Angewandte Chemie，M.Rabnawaz,G.Liu,H.Hu,Fluorine-Free Anti-Smudge Polyurethane Coatings.Angewandte Chemie 127,1-7(2015)”中采用了一端为羟基封端的聚二甲基硅氧烷通过化学改性将其接枝到含羟基的聚合物上，然后在将其和六亚甲基二异氰酸酯溶解在四氢呋喃溶剂中，得到的溶液用来处理玻璃表面，得到耐磨透明的超疏水材料。Guojun Liu教授是借助于聚二甲基硅氧烷中的甲基可以提供一个低表面能层，将其接枝到聚合物的表面，获得一种超疏水的表面，而且借助于异氰酸酯形成的聚氨酯具有很强的粘结作用，但是还有待进一步的优化。