【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料表面处理，具体涉及一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层及其制备方法。
技术介绍
1、受“荷叶效应”启发，通过在低表面能疏水材料上构建微/纳米级粗糙结构，以及在微/纳粗糙结构表面修饰低表面能物质的方式来构筑超疏水涂层，是应对涂层污染问题的有效解决方式。超疏水涂层的静态接触角通常大于150°，滚动角小于10°，这一超疏水性使液态水及污染物很难与涂层表面发生作用。然而实际应用过程中，除了亲水性污染物，涂层表面同时也需要对表面活性剂、油和乙醇等低表面张力的亲油性物质具有高排斥力，因此进一步提出了超双疏涂层。然而，研究表明超双疏涂层在长时间运行过程中也会存在污染现象。物理清洗效率低且能耗高，化学酸洗碱洗则会损坏涂层表面形态结构及功能，又因为超双疏涂层表面高度拒液，清洁效果往往难以达标，因此实现超双疏涂层的简易清洗和再生利用仍然是工程实践迫切需要解决的问题。
2、润湿性可调的光催化涂层为上述问题提供了良好的解决策略。光催化可在无接触条件下实现涂层自清洁，保留涂层表面不被破坏，光响应润湿性调节可为高度拒液的超双疏涂层提供良好的清洁环境，使水流可以充分接触催化剂及污染物，缩短自由基扩散距离并对催化降解的污染物及时进行冲刷。
3、专利cn 110183880 a公开了一种光催化超双疏涂料及其制备方法和应用，具体过程涉及将光催化纳米材料直接分散在喷涂溶液中，容易出现分散不匀及团聚现象，从而影响光催化效果。专利cn 109082230 b公开了一种自愈合型超双疏和光催化双重自清洁涂层及其制备方法，主要通过将含
4、虽然近年来，已有关于光催化自清洁、自修复和超双疏涂层的研究，但是目前这类涂层存在如下问题：1) 疏水性纳米粒子和光催化纳米粒子通过物理方式直接分散在基体材料中，容易出现团聚现象影响材料的其它性能；2) 光催化纳米离子分布在涂层内部，光催化效应在去除表面有机污染物的同时，也会造成对超疏水性能起作用的低表面能物质的逐渐降解，从而造成超疏水性能的下降；3）超双疏涂层自清洁及自修复完成过程所需要的时间研究不够明确，需要进一步提高自清洁及自修复的效率。目前上述问题在现有自清洁、自修复超双疏涂层的研究工作中尚未得到很好的解决。
技术实现思路
1、为解决当前材料表面处理
涂层污染问题，本专利技术提供了一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，在疏水基材表面通过共价键引入光催化纳米阵列修饰的纳米微球，并通过表面氟化构筑超双疏涂层；该超双疏涂层具有出色的抗污染性；同时具备光诱导自清洁功效，在紫外光照射下发生润湿切换和催化，实现快速自清洁；且在黑暗中静置处理即可恢复超双疏性，实现涂层的修复再利用。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层，在疏水基材表面通过共价键引入光催化纳米阵列修饰的纳米微球，并通过表面氟化构筑超双疏涂层。该超双疏涂层具有出色的抗污染性；同时具备光诱导自清洁功效，在紫外光照射下发生润湿切换和催化，实现快速自清洁；且在黑暗中静置处理即可恢复超双疏性，实现涂层的修复再利用。
4、所述光催化纳米阵列修饰的纳米微球为在纳米微球表面形成垂直生长的具有光催化特性的纳米材料的纳米阵列；
5、所述具有光催化特性的纳米材料的纳米阵列平均长度约2-10 μm，呈现纳米花形态；
6、所述光催化纳米阵列修饰的纳米微球在疏水基材表面形成nrs层，该层厚度为10-20 μm。
7、一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法：通过溶胶-凝胶法制备光催化纳米晶种层，再进行煅烧和水热反应，真空干燥后得到光催化纳米阵列修饰的纳米微球；将疏水基材通过碱刻蚀引入羟基桥连基团完成基材表面预处理；利用硅烷偶联剂与疏水基材表面羟基之间的脱水缩合作用，将光催化纳米阵列修饰的纳米微球通过化学键引入到疏水基材表面，得到复合材料；再利用含氟硅氧烷，通过脱水缩合作用完成复合涂层的表面氟化，得到具有自清洁功能及自修复效果的超双疏复合涂层。
8、进一步，具体包括以下步骤：
9、步骤1，制备光催化纳米阵列修饰的纳米微球：将纳米微球分散至具有光催化特性的纳米材料前驱体溶液中，磁力搅拌混合均匀，过滤收集，用水和有机溶剂多次洗涤，干燥，得到光催化纳米晶种层；将光催化纳米晶种层进行煅烧，然后通过水热反应制备得到光催化纳米阵列修饰的纳米微球；
10、步骤2，采用碱性溶液对疏水基材进行碱刻蚀以引入羟基桥连基团，然后用去离子水冲洗，备用；
11、步骤3，制备超双疏复合涂层：将光催化纳米阵列修饰的纳米微球加入乙醇、硅烷偶联剂和冰乙酸的混合溶液中，超声分散均匀，将混合溶液通过真空抽滤方式使其接枝到预处理后的疏水基材表面；待复合涂层充分干燥后，将涂层完全浸泡在含氟硅氧烷-乙醇溶液中，通过脱水缩合作用完成涂层表面氟化。然后用乙醇冲洗多余的含氟硅氧烷，室温下自然风干，最终得到具有自清洁功能及自修复效果的超双疏复合涂层。
12、进一步，所述步骤1中纳米微球为二氧化硅颗粒、氧化钙颗粒、炭黑颗粒、碳酸钙颗粒、聚四氟乙烯颗粒、聚苯乙烯微球、聚丙烯微球、聚乙烯醇微球中的任意一种或几种；所述步骤1中具有光催化特性的纳米材料为二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁、氧化亚铜、三氧化钨、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、硫化锌中的任意一种或几种。
13、进一步，所述步骤1中纳米微球与具有光催化特性的纳米材料前驱体溶液的质量比为1: 5-20，具有光催化特性的纳米材料前驱体溶液的质量分数为10-50%；所述步骤1中煅烧的温度为400 ℃-700 ℃，煅烧时间为2-4 h；所述步骤1中水热反应的温度为100℃-200℃，反应时间为4 h-10 h。
14、进一步，所述步骤2中碱性溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡水溶液中的任意一种或几种，碱性溶液的浓度为5 mol/l-10 mol/l；所述步骤2中的疏水基材为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈中的任意一种。
15、进一步，所述步骤3中硅烷偶联剂的结构通式为y-r-si(ox)3，其中，y为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基，r为烷基或芳基，x为甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基。
16、进一步，所述步骤3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层，其特征在于：在疏水基材表面通过共价键引入光催化纳米阵列修饰的纳米微球，并通过表面氟化构筑超双疏涂层。
2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述光催化纳米阵列修饰的纳米微球为在纳米微球表面形成垂直生长的具有光催化特性的纳米材料的纳米阵列；
3.根据权利要求2所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：通过溶胶-凝胶法制备光催化纳米晶种层，再进行煅烧和水热反应，真空干燥后得到光催化纳米阵列修饰的纳米微球；将疏水基材通过碱刻蚀引入羟基桥连基团完成基材表面预处理；利用硅烷偶联剂与疏水基材表面羟基之间的脱水缩合作用，将光催化纳米阵列修饰的纳米微球通过化学键引入到疏水基材表面，得到复合材料；再利用含氟硅氧烷，通过脱水缩合作用完成复合涂层的表面氟化，得到具有自清洁功能及自修复效果的超双疏复合涂层。
4.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功
6. 根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1中纳米微球与具有光催化特性的纳米材料前驱体溶液的质量比为1:5-20，具有光催化特性的纳米材料前驱体溶液的质量分数为10-50%；所述步骤1中煅烧的温度为400 ℃-700 ℃，煅烧时间为2 h -4 h；所述步骤1中水热反应的温度为100 ℃-200 ℃，反应时间为4 h-10 h。
7. 根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中碱性溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡水溶液中的任意一种或几种，碱性溶液的浓度为5 mol/L-10 mol/L；所述步骤2中的疏水基材为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈中的任意一种。
8.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中硅烷偶联剂的结构通式为Y-R-Si(OX)3，其中，Y为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基，R为烷基或芳基，X为甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基。
9. 根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中乙醇、硅烷偶联剂、冰乙酸混合溶剂中硅烷偶联剂的体积分数为1%-6%；所述步骤3中含氟硅氧烷-乙醇溶液中含氟硅氧烷的体积分数为5%-20 %，氟化时间为2h-10 h。
10.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中含氟硅氧烷为十七氟癸基三甲基硅氧烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、九氟己基三乙氧基硅烷、三氟丙基三甲基硅氧烷。
...【技术特征摘要】
1.一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层，其特征在于：在疏水基材表面通过共价键引入光催化纳米阵列修饰的纳米微球，并通过表面氟化构筑超双疏涂层。
2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述光催化纳米阵列修饰的纳米微球为在纳米微球表面形成垂直生长的具有光催化特性的纳米材料的纳米阵列；
3.根据权利要求2所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：通过溶胶-凝胶法制备光催化纳米晶种层，再进行煅烧和水热反应，真空干燥后得到光催化纳米阵列修饰的纳米微球；将疏水基材通过碱刻蚀引入羟基桥连基团完成基材表面预处理；利用硅烷偶联剂与疏水基材表面羟基之间的脱水缩合作用，将光催化纳米阵列修饰的纳米微球通过化学键引入到疏水基材表面，得到复合材料；再利用含氟硅氧烷，通过脱水缩合作用完成复合涂层的表面氟化，得到具有自清洁功能及自修复效果的超双疏复合涂层。
4.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1中纳米微球为二氧化硅颗粒、氧化钙颗粒、炭黑颗粒、碳酸钙颗粒、聚四氟乙烯颗粒、聚苯乙烯微球、聚丙烯微球、聚乙烯醇微球中的任意一种或几种；所述步骤1中具有光催化特性的纳米材料为二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁、氧化亚铜、三氧化钨、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、硫化锌中的任意一种或几种。
6. 根据权利要求3所述的一种具有自清洁功能及自修复效果的涂层的制备方法，其特征在于...
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