一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，同時還涉及該涂層材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水涂層由于具有表面自清潔性能而被廣泛應(yīng)用于材料的表面保護。隨著對涂層環(huán)保性能的要求越來越高，具有超疏水性能的水性涂層材料的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。與溶劑型超疏水涂層材料一樣，水性超疏水涂層材料在實際應(yīng)用中也受到制備工藝復(fù)雜和超疏水性能的保持時間短的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過簡化制備工藝來增加涂層的涂覆實用性，但要達到大面積噴涂的實際應(yīng)用還需要做進一步的工作；另一方面，通過涂層中包覆的低表面能物質(zhì)向表面迀移來對超疏水性能被破壞的涂層表面進行超疏水修復(fù)，通常采用對涂層進行加熱的方法使被包覆的低表面能物質(zhì)向外迀移，這種通過包覆低表面能物質(zhì)的超疏水自修復(fù)方式增加了涂層材料的超疏水使用壽命，具有較好的效果。然而用外加熱源對涂層直接加熱的方法在實際操作中受到環(huán)境溫度、涂層材料所涂覆基材的大小及是否方便拆卸等因素的限制。因此，研究制備工藝簡單且超疏水性能修復(fù)方法簡單的水性涂層材料具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，同時還提供了該涂層材料的制備方法。
[0004]—種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，其特征在于該材料所包含的組分及各組分在材料中所占的質(zhì)量百分比為:水性基體樹脂10-95%、產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料3-80%、包覆低表面能物質(zhì)的聚多巴胺膠囊0.5-20%和能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料0.1-30%ο
[0005]所述水性基體樹脂為水性環(huán)氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性丙烯酸樹脂或水性醇酉交樹脂。
[0006]所述產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料為碳納米管或坡縷石。
[0007]所述低表面能物質(zhì)為十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基二甲氧基娃燒、聚娃氧燒或聚娃燒。
[0008]所述能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料為四氧化三鐵納米粒子、鈀納米粒子或金納米粒子。
[0009]如上所述涂層材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
1)將產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料、低表面能物質(zhì)、能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料和多巴胺鹽酸鹽加入Tris-HCl溶液中，攪拌、過濾、洗滌，制備填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物； 2)將上述填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物與水性基體樹脂混合即得涂層材料。
[0010]所述Tris-HCl 溶液的 PH 值為 8.3-8.6。
[0011]上述超疏水性可修復(fù)涂層材料的可修復(fù)性是該涂層表面的低表面能物質(zhì)經(jīng)等離子體處理5-60S后，超疏水性能消失，在近紅外光照射少于lmin后，即得修復(fù)的超疏水涂層，經(jīng)過等離子體處理/修復(fù)10個循環(huán)后，涂層表面依然為超疏水狀態(tài)。
[0012]上述材料的用途:該涂層應(yīng)用于玻璃、陶瓷、金屬、水泥、塑料及紙張制品表面形成具有超疏水可修復(fù)性的涂層。
[0013]本發(fā)明采用將產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料、低表面能物質(zhì)、能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料和多巴胺鹽酸鹽在Tris-HCl溶液中共混，利用聚多巴胺的粘附性對低表面能物質(zhì)和能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料進行包覆、粘結(jié)在產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)填料的表面，形成填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物，將該填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物與水性基體樹脂共混、噴涂制備超疏水性可修復(fù)的水性涂層材料。該涂層制備工藝簡單，可大面積實施。涂層表面的低表面能物質(zhì)損失后，涂層經(jīng)過近紅外光的照射后，能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料產(chǎn)生熱量使涂層溫度升高，誘導(dǎo)聚多巴胺膠囊包覆的低表面能物質(zhì)從膠囊中向外迀移，從而使涂層表面重新被低表面能物質(zhì)修飾，恢復(fù)涂層的超疏水性能。
[0014]經(jīng)測試，所得超疏水涂層對水的靜態(tài)接觸角大于150° ;涂層經(jīng)過氧氣等離子體處理后，在近紅外光的照射下，可修復(fù)時間少于lmin，可恢復(fù)次數(shù)大于10次。該超疏水涂料可用于玻璃、陶瓷、金屬、水泥、塑料及紙張制品表面形成具有超疏水自修復(fù)性的涂層以實現(xiàn)自清潔及近紅外光照射下的自清潔可修復(fù)功能。
【附圖說明】
[0015]圖1是水對2#樣品表面的靜態(tài)接觸角測試結(jié)果。
[0016]圖2是2#樣品涂層的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0018]下述實施例中所使用的試驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0019]下述實施例中所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0020]實施例1
一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，該材料由質(zhì)量分數(shù)為94.9%的水性聚氨酯樹脂、3%的坡縷石、2%包覆十八胺的聚多巴胺膠囊和0.1%的能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的鈀納米粒子組成。
[0021 ] 上述水性涂層材料的制備方法，通過下述方法制得:
(1)坡縷石、十八胺、鈀納米粒子和多巴胺鹽酸鹽加入到PH值為8.3的Tris-HCl溶液中，攪拌12h，過濾，水洗，乙醇洗，真空干燥，得坡縷石/十八胺/鈀納米粒子復(fù)合物；
(2)將坡縷石/十八胺/鈀納米粒子復(fù)合物與水性聚氨酯混合均勻，加入固化劑，噴涂于基材上，即得1#樣品。
[0022]所述可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料表面的十八胺經(jīng)等離子體處理5s后，在近紅外下照射lmin，即得修復(fù)的超疏水涂層，經(jīng)過等離子體處理/修復(fù)10個循環(huán)后，涂層表面依然為超疏水狀態(tài)。
[0023]實施例2
一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，該材料由質(zhì)量分數(shù)為80%的水性環(huán)氧樹脂、17.5%的碳納米管、0.5%包覆全氟辛醇的聚多巴胺膠囊和2%的能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的四氧化三鐵納米粒子組成。
[0024]上述水性涂層材料的制備方法，通過下述方法制得:
(1)將碳納米管、全氟辛醇、四氧化三鐵納米粒子和多巴胺鹽酸鹽加入到PH值為8.5的Tris-HCl溶液中，攪拌24h，過濾，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳納米管/全氟辛醇/四氧化三鐵復(fù)合物。
[0025](2)將碳納米管/全氟辛醇/四氧化三鐵復(fù)合物與水性環(huán)氧樹脂混合均勻，噴涂于基材上，即得2#樣品。
[0026]所述可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料表面的全氟辛醇經(jīng)等離子體處理10s后，在近紅外光下照射40 s，即得修復(fù)的超疏水涂層，經(jīng)過等離子體處理/修復(fù)10個循環(huán)后，涂層表面依然為超疏水狀態(tài)。
[0027]實施例3
一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，該材料由質(zhì)量分數(shù)為10%的水性丙烯酸樹脂、40%的碳納米管、20%包覆全氟辛酸的聚多巴胺膠囊和30%的能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的金納米粒子組成。
[0028]上述水性涂層材料的制備方法，通過下述方法制得:
(1)將碳納米管、全氟辛酸、金納米粒子和多巴胺鹽酸鹽加入到PH值為8.6的Tris-HCl溶液中，攪拌96h，過濾，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳納米管/全氟辛酸/金納米粒子復(fù)合物。
[0029](2)將碳納米管/全氟辛酸/金納米粒子復(fù)合物與水性丙烯酸樹脂混合均勻，噴涂于基材上，即得3#樣品。
[0030]所述可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料表面的全氟辛酸經(jīng)等離子體處理60s后，在近紅外光下照射50 s，即得修復(fù)的超疏水涂層，經(jīng)過等離子體處理/修復(fù)10個循環(huán)后，涂層表面依然為超疏水狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，其特征在于該材料所包含的組分及各組分在材料中所占的質(zhì)量百分比為:水性基體樹脂10-95%、產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料3-80%、包覆低表面能物質(zhì)的聚多巴胺膠囊0.5-20%和能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料0.1-30%ο2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述水性基體樹脂為水性環(huán)氧樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性丙烯酸樹脂或水性醇酸樹脂。3.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料為碳納米管或坡縷石Ο4.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述低表面能物質(zhì)為十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷或聚硅烷。5.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料為四氧化三鐵納米粒子、鈀納米粒子或金納米粒子。6.如權(quán)利要求1至5任一項所述涂層材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 1)將產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料、低表面能物質(zhì)、能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料和多巴胺鹽酸鹽加入Tris-HCl溶液中，攪拌、過濾、洗滌，制備填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物； 2)將上述填料/低表面能物質(zhì)熱響應(yīng)復(fù)合物與水性基體樹脂混合即得涂層材料。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述Tris-HCl溶液的PH值為8.3-8.6。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用光熱法進行超疏水性能修復(fù)的水性涂層材料，該材料所包含的組分及各組分在材料中所占的質(zhì)量百分比為：水性基體樹脂10-95%、產(chǎn)生微納結(jié)構(gòu)的填料3-80%、包覆低表面能物質(zhì)的聚多巴胺膠囊0.5-20%和能產(chǎn)生光熱效應(yīng)的納米粒子填料0.1-30%。本發(fā)明還公開了該涂層材料的制備方法。該涂層具有超疏水性及在近紅外光照射下具有超疏水修復(fù)性。
【IPC分類】C09D133/00, C09D163/00, C09D7/12, C09D175/04
【公開號】CN105295698
【申請?zhí)枴緾N201510830113
【發(fā)明人】周峰, 劉玉鵬, 劉志魯, 于波, 胡海媛
【申請人】中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月25日