[发明专利]阻燃、超耐磨、超疏水的三层涂层及其制备与应用

说明书

本发明属于材料领域，公开了一种阻燃、超耐磨、超疏水的三层涂层及其制备与应用，包括：将超疏水/超疏油悬浮液分别作为顶层溶液、中层溶液；使环氧树脂与氟化固化剂和阻燃剂在溶剂中反应，得到底层喷涂溶液；在基材表面上先喷涂底层喷涂溶液，再喷涂中层喷涂溶液，染色，形成半固化状态表面，再喷涂顶层喷涂溶，干燥，得到三层耐磨的超疏水阻燃涂层；其中，所述超疏水/超疏油悬浮液中含有多级微纳米结构粒子、氟化固化剂、氟化环氧树脂。本发明的涂层具有更出色的阻燃性能和更优异的机械稳定性，可以期望用于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及阻燃、超耐磨、超疏水涂层的制备及其研究。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着研究的不断深入，已经制备出一批具有优异防腐蚀、自清洁、防结冰性能的超疏水/超疏油涂层。然而，这些涂层的机械性能在实际应用中仍然不能达到合理预期，因为微/纳米结构较为脆弱，而减少液体和固体之间的接触面积依赖于分层微/纳米结构捕获的空气层，所以微/纳米结构一旦被机械破坏，不能再捕获空气，涂层整体的疏液性就会受到影响。基于此，人们提出了许多提高超疏水表面机械耐久性的方法。一种是依靠坚固的结构(如金属骨架或坚固的“盔甲”来保护分层结构或疏水介质免受损害的硬处理策略。另一种是软处理策略，它依赖于可变形基板(例如聚硅氧烷微球表面)的柔韧性来适应物理冲击后的变形，以保护多孔结构并稳定空气层。然而，由于其表面处理方法的局限性，其能否大规模制备和应用仍然还需要进行探究。

除了机械力化学的坚固性外，具有防火性能的超疏水涂层还能在特殊情况下实现更具针对性的应用。然而，在涂层中引入阻燃剂会对涂层的超疏水性能产生负面影响。将超疏水表面机械力与阻燃性能强有效结合，并实现阻燃超疏水涂层的大规模制备也不简单。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种阻燃、超耐磨、超疏水涂层的制备及其研究。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种阻燃、超耐磨、超疏水的三层涂层TLC的制备方法，包括：

将超疏水/超疏油悬浮液分别作为顶层溶液、中层溶液；

使环氧树脂与氟化固化剂和阻燃剂在溶剂中反应，得到底层喷涂溶液；

在基材表面上先喷涂底层喷涂溶液，再喷涂中层喷涂溶液，染色，形成半固化状态表面，再喷涂顶层喷涂溶，干燥，得到三层耐磨的超疏水阻燃涂层；

其中，所述超疏水/超疏油悬浮液中含有多级微纳米结构粒子、氟化固化剂、氟化环氧树脂。

为了将超疏水表面机械力与阻燃性能强有效结合，实现阻燃超疏水涂层的大规模制备，本发明对阻燃剂与超疏水/超疏油溶剂的结合方式进行了系统的研究和大规模地实验摸索，基于研究发现，本发明提出了多级结构与多层结构相结合，阻燃材料与疏液材料不共混的制备策略。在环氧树脂体系中以微米级纤维素为框架，提出了双层结构(BLC)，每层都赋予不同的功能，如底层通过加入阻燃剂，使其具有优异的阻燃性能，顶层通过微纳米粒子与低表面能物质相结合使其具有优异的疏水性能，从而得到疏水性与阻燃性兼备、机械性能又好的涂层。但本发明通过表征发现双层结构仍不能达到超耐磨的效果，因为顶层结构会将底层结构压穿。基于此，本发明进一步引入中间层作为过渡层，将底层与顶层合理的承接，即设计出了三层超疏水耐磨阻燃涂层。这种设计可以在引入阻燃剂的同时，又不会对涂层疏液性能造成负面影响，并且环氧树脂与微米级纤维素的结合，使涂层具有极佳的机械稳定性，在750g负载的砂轮机上磨损10000次后依旧具有良好的疏液性，并且还另外具有阻燃以及隔热能力。

本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的阻燃、超耐磨、超疏水的三层涂层TLC。