[发明专利]一种具有光热效应的超疏水涂料、涂层及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有光热效应的超疏水涂料、涂层及制备方法。该涂料的制备方法，包括以下步骤：将去离子水和乙醇A混合，并调节pH至4～14，得到反应溶剂；将纳米碳球、碳纳米管、盐酸多巴胺加入反应溶剂中，经搅拌、离心、洗涤得到混合粒子；将混合粒子、乙醇B和长链硅烷混合均匀，随后加入树脂溶液，继续混合均匀，得到具有光热效应的超疏水涂料。本发明通过在PDA的辅助下，利用在可见‑近红外区具有强光吸收作用的碳纳米材料协同构建微纳米粗糙结构，在模拟太阳光的辐照下，涂层表面的温度可以迅速提高至189℃，无需额外加热或调控涂层的pH，在太阳光的作用下即可实现超疏水表面的自修复。

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种具有光热效应的超疏水涂料、涂层及制备方法。

背景技术

超疏水表面是指水与固体表面的接触角(WCA)大于150°的表面。超疏水性广泛存在于自然界中，如荷叶、玫瑰花瓣、浮萍、蝴蝶翅膀、水黾和蚊子复眼等。近些年，科学家们通过模仿自然界演化生成的超疏水结构，借助溶胶-凝胶法、喷涂法、模板法、刻蚀法、静电纺丝法和层层自组装法等手段，构筑出一系列多功能人工超疏水表面。这种具有优异性能的仿生界面材料在油水分离、自清洁、防冰霜、抗腐蚀和减阻防污等领域得到了广泛的关注。

人为构建的疏水表面要求具有合适的微纳米层次结构和低表面能的化学成分，这两者缺一不可。令人遗憾的是，这种超润湿性能高度依赖的微纳米粗糙结构很容易在外界作用力下产生不可逆的机械损伤。此外，在腐蚀性介质(酸，碱和盐)、强紫外光照射和高温等恶劣环境下，超疏水表面修饰的低表面能物质往往会被破坏或由于吸附杂质被污染。这些都会导致涂层固有的疏水性能下降。因此，超疏水涂层在不同环境下的耐久性和稳定性问题成为其大规模应用的限制之一。

在过去的几年里，研究人员从不同方面对构建耐磨、稳定的超润湿表面进行了广泛的研究。一是通过制备独立式样品来延长超疏水材料的寿命。二是使用强劲的粘合剂，如环氧树脂、聚二甲基硅氧烷和磷酸铝，以改善涂层与基底之间的粘着力。三是通过加热、pH等外部刺激赋予涂层自修复能力，提高其长期耐久性。然而，大多数自修复超疏水涂层的自修复过程需要加热或调控pH，从而存在能耗高、操作不便的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有光热效应的超疏水涂料、涂层及制备方法，用以解决现有技术中自修复超疏水涂层的自修复过程中能耗高、操作不便的技术问题。

本发明的第一方面提供一种具有光热效应的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：

将去离子水和乙醇A混合，并调节pH至4～14，得到反应溶剂；

将纳米碳球、碳纳米管、盐酸多巴胺加入上述反应溶剂中，经搅拌、离心、洗涤得到混合粒子；

将上述混合粒子、乙醇B和长链硅烷混合均匀，随后加入树脂溶液，继续混合均匀，得到具有光热效应的超疏水涂料。

本发明的第二方面提供一种具有光热效应的超疏水涂料，该具有光热效应的超疏水涂料通过本发明第一方面提供的具有光热效应的超疏水涂料的制备方法得到。

本发明的第三方面提供一种具有光热效应的自修复超疏水涂层，该具有光热效应的自修复超疏水涂层通过将本发明第一方面得到的具有光热效应的超疏水涂料涂覆在基底上固化形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过利用盐酸多巴胺自发氧化聚合在碳纳米材料表面修饰一层聚多巴胺(PDA)，在PDA的辅助下，利用在可见-近红外区具有强光吸收作用的碳纳米材料协同构建微纳米粗糙结构，这种孔洞结构不仅是超疏水所必须的，还能显著提高涂层的光热转换效果，在模拟太阳光的辐照下，涂层表面的温度可以迅速提高至189℃，无需额外加热或调控涂层的pH，在太阳光的作用下即可实现超疏水表面的自修复；本发明所得具有光热效应的自修复超疏水涂层具有简单、成本低和环保的优势，在自修复、抗冰除霜、水收集和原油泄漏等领域均具有很好的应用前景。