本發(fā)明屬于防腐涂層制備，尤其涉及一種三維多孔超疏水復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、超疏水性是一種特殊的潤(rùn)濕性，一般指水滴在固體表面呈球狀即凱西(cassie-baxter)狀態(tài)，接觸角大于150度，滾動(dòng)角小于10度。一般來(lái)說材料表面能越低，疏水性越好，且當(dāng)?shù)捅砻婺懿牧暇哂形⒂^粗糙結(jié)構(gòu)時(shí)，水滴與材料之間會(huì)形成一層空氣膜，阻礙水對(duì)材料表面的潤(rùn)濕。

2、構(gòu)筑超疏水表面需要滿足低的表面自由能和合適的表面微結(jié)構(gòu)兩個(gè)條件。目前超疏水表面的制備方法有如下幾種：模板法主要在表面能較低的模板表面，復(fù)制粗糙結(jié)構(gòu)，從而獲得超疏水性。激光刻蝕法是利用激光燒蝕表面改變表面粗糙度從而形成超疏水表面。沉積法是通過顆粒的沉積技術(shù)在基材表面增加涂層，使基材具備超疏水性能。以上方法構(gòu)筑的大多是超疏水表面結(jié)構(gòu)，而這種二維的表面結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中面臨著巨大挑戰(zhàn)。例如在魚雷，輪船等航海領(lǐng)域的應(yīng)用中，二維薄超疏水表面形成的cassie-baxter狀態(tài)的破壞會(huì)導(dǎo)致超疏水性能失效，進(jìn)一步導(dǎo)致減阻性能的喪失，以及海水接觸基底后造成金屬腐蝕的發(fā)生。對(duì)于此現(xiàn)狀，研究人員提出，盡管cassie-baxter狀態(tài)是在材料表面形成的，但這并不意味著只需要二維表面的超疏水性，超疏水材料體相中的粗糙度同樣重要。

3、三維多孔超疏水涂層相比于二維表面涂層的優(yōu)勢(shì)在于，在具有亞穩(wěn)超疏水狀態(tài)的二維薄表面上，被困空氣的損失相對(duì)較快，涂層失效后表面完全濕潤(rùn)。相比之下，三維結(jié)構(gòu)將空氣保持在表面和整個(gè)大塊材料中。當(dāng)水滲透到材料中時(shí)，會(huì)從表面至體相不斷產(chǎn)生新的水-空氣-材料界面(即超疏水狀態(tài))，因此水的滲透速度會(huì)變慢。這樣的場(chǎng)景將提供超疏水涂層應(yīng)用于減阻與長(zhǎng)期的防腐應(yīng)用。

4、傳統(tǒng)三維多孔超疏水材料的構(gòu)建方法都是采用硬質(zhì)三維框架復(fù)合低表面能材料為主，硬質(zhì)框架提供機(jī)械性能，有陽(yáng)極氧化鋁、不銹鋼、硅藻土等，低表面能材料提供超疏水性能，如含氟材料，但這類三維多孔結(jié)構(gòu)的制備步驟較為復(fù)雜，制備難度高，且含氟材料的使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成損害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上問題，本發(fā)明提供了一種三維多孔超疏水復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，避免了含氟材料對(duì)環(huán)境的損害。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種三維多孔超疏水復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

3、將第一聚二甲基硅氧烷、第一固化劑和第一有機(jī)溶劑混合均勻，制備得到底漆；

4、將底漆涂覆在基底材料上，進(jìn)行半固化處理，在基底表面得到粘結(jié)層；

5、將第二聚二甲基硅氧烷、第二固化劑、三維立體狀氧化鋅、疏水型二氧化硅和第二有機(jī)溶劑混合均勻，制備成得到面漆；

6、在粘結(jié)層表面涂覆面漆，進(jìn)行固化處理，在基底表面得到三維多孔超疏水復(fù)合涂層。

7、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，半固化處理的固化溫度為20℃～120℃，固化時(shí)間為5min～120min。例如，半固化處理的固化溫度為20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃等，固化時(shí)間為5min，10min，30min，50min，70min，90min，110min，120min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

8、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二聚二甲基硅氧烷、三維立體狀氧化鋅和疏水型二氧化硅的質(zhì)量比為1:1:0.5～1.5，例如，第二聚二甲基硅氧烷、三維立體狀氧化鋅和疏水型二氧化硅的質(zhì)量比為1:1:0.5，1:1:0.75，1:1:1，1:1:1.25，1:1:1.5，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

9、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二聚二甲基硅氧烷、三維立體狀氧化鋅和疏水型二氧化硅的質(zhì)量比為1:1:1。

10、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，固化處理的固化溫度為20℃～120℃，固化時(shí)間為1h～24h，例如，固化處理的固化溫度為20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃等，固化時(shí)間為1h，2h，4h，6h，8h，10h，12h，14h，16h，18h，20h，22h，24h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

11、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一聚二甲基硅氧烷和第一固化劑的質(zhì)量比為10:2～3；例如，第一聚二甲基硅氧烷和第一固化劑的質(zhì)量比為10:2，10:2.2，10:2.4，10:2.6，10:2.8，10:3等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

12、第一聚二甲基硅氧烷和第一有機(jī)溶劑的比例為3g～4g:9ml，例如，第一聚二甲基硅氧烷和第一有機(jī)溶劑的比例為3g:9ml，3.2g:9ml，3.4g:9ml，3.6g:9ml，3.8g:9ml，4g:9ml等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

13、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二聚二甲基硅氧烷和第二固化劑的質(zhì)量比為10:2～3；例如，第二聚二甲基硅氧烷和第二固化劑的質(zhì)量比為10:2，10:2.2，10:2.4，10:2.6，10:2.8，10:3等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

14、第二聚二甲基硅氧烷和第二有機(jī)溶劑的比例為2g～3g:30ml，例如，第二聚二甲基硅氧烷和第二有機(jī)溶劑的比例為2g:30ml，2.2g:30ml，2.4g:30ml，2.6g:30ml，2.8g:30ml，3g:30ml等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

15、本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一有機(jī)溶劑為乙酸乙酯和/或正己烷。

16、第一有機(jī)溶劑和第二有機(jī)溶劑相同。

17、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述制備方法制備得到的三維多孔超疏水復(fù)合涂層。

18、本發(fā)明第三個(gè)目的是提供上述三維多孔超疏水復(fù)合涂層在制備防腐材料中的應(yīng)用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、(1)與以往的模板法、沉積法、激光刻蝕法、硬質(zhì)框架復(fù)合低表面能材料法不同，本發(fā)明僅需要通過簡(jiǎn)單噴涂和固化即可以制備具有優(yōu)異的減阻性能和長(zhǎng)期的防腐蝕性能的超疏水涂層。制備超疏水涂層不需要使用復(fù)雜的制備工藝，工藝流程簡(jiǎn)單，并且避免了含氟材料對(duì)于環(huán)境的損害。與傳統(tǒng)工藝中將固化之后的聚二甲基硅氧烷涂層作為底漆粘結(jié)劑不同，本發(fā)明對(duì)聚二甲基硅氧烷底漆涂層進(jìn)行了半固化處理，使得其表面產(chǎn)生了活性基團(tuán)羥基，可以與面漆中的疏水型二氧化硅中的硅氧鍵反應(yīng)生成si-o-si共價(jià)鍵，反應(yīng)生成的si-o-si共價(jià)鍵使得超疏水涂層具有更致密的結(jié)構(gòu)。因此也具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性和優(yōu)異的防腐性能。涂層中的三維立體狀氧化鋅提供具有粗糙度的三維結(jié)構(gòu)和一定的低表面能，納米級(jí)的疏水納米二氧化硅可以部分填充由三維立體狀氧化鋅形成的不均勻的孔洞，并且三維立體狀氧化鋅和疏水型二氧化硅這兩種低表面能材料的使用使得涂層表面的表面能更低，使得超疏水涂層在長(zhǎng)時(shí)間的使用下性能更加優(yōu)異且穩(wěn)定，通過低表面能物質(zhì)三維立體狀氧化鋅與氣相疏水二氧化硅的協(xié)同作用使得涂層表面的能量態(tài)較低且穩(wěn)定，因此涂層具有優(yōu)異的超疏水性、減阻性能和長(zhǎng)期的防腐蝕性能。

21、(2)本發(fā)明對(duì)于絕大分基底具有普適性，無(wú)論是金屬基底還是非金屬基底；選取具有優(yōu)異粘結(jié)性能的樹脂通過半固化處理作為涂層的粘結(jié)層，從而能保證涂層與各種基底之間的結(jié)合力。

22、(3)本發(fā)明中所使用的涂料不含氟類物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

23、(4)本發(fā)明的致密三維多孔結(jié)構(gòu)超疏水涂層具有較高的減阻性能和長(zhǎng)期的防腐蝕性能，可以滿足超疏水涂層的實(shí)際應(yīng)用。