CN115011155A - 一种彩色耐久性超疏水涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种彩色耐久性超疏水涂层及其制备方法，将氧化铁颜料、碳酸钙、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水混合，得到悬浮液；然后将悬浮液干燥成膜得到彩色耐久性超疏水涂层。本发明采用简单的喷涂法在基材表面依次喷涂PU和GCC/IOPs悬浮液，制备了色彩丰富的彩色耐久性超疏水涂层。对其进行了机械稳定性、化学稳定性、抗紫外线、高温烘烤、重复利用性等一系列测试，结果表明该涂层具有优异的稳定性和耐久性，为制备彩色超疏水涂层提供了一种新的思路与方法。

Description

一种彩色耐久性超疏水涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于涂层技术，具体涉及一种彩色耐久性超疏水涂层及其制备方法。
背景技术
超疏水表面因其应用前景广泛而备受研究人员的关注。通常制备超疏水表面的方法有很多，例如静电纺丝法、喷涂法、化学气相沉积法、光刻法等。而制备超疏水表面的原材料也有很多种，比如金属合金、聚合物、海绵、棉织物等。超疏水表面的应用领域越来越广泛，例如在自清洁、抗菌、防结冰、耐腐蚀等领域展现出巨大的应用前景。然而，超疏水表面的微纳粗糙结构十分脆弱，容易在化学腐蚀或机械磨损等作用下被破坏，难以在日常生活中进行大规模应用。同时，超疏水表面的制备过程涉及有机溶剂、含氟化合物等有毒化学试剂，不仅成本高昂，且在制备过程中一旦泄露容易威胁生命安全并造成环境污染。提升涂层的耐久性，简化涂层的制备工艺是当下超疏水领域必须解决的关键问题。
除了要解决超疏水涂层的耐久性外，超疏水涂层的颜色匮乏同样也严重制约着其在户外的应用。通常，超疏水涂层的颜色主要都是其材料本身的固有颜色，例如白色、灰色和黑色。近几年来，科研人员在制备超疏水涂层时也关注了其颜色的多样化。Li等通过简单的一步喷涂工艺，将无机盐和硬脂酸钠的悬浮液喷涂到不锈钢基材上，制备了彩色自清洁超疏水涂层。Ogihara 等通过喷涂颜料纳米颗粒悬浮液制备出了彩色超疏水材料。Jiang等通过喷涂经阳离子染料和有机硅烷改性的埃洛石纳米管（HNT）和环氧树脂（EP）制备复合超疏水涂层。目前，科研人员已经在彩色超疏水涂层的研究中取得了一些进展，但彩色超疏水涂层的耐久性报道较少，其制备工艺还需要进一步的优化。
发明内容
本发明以氧化铁颜料（IOPs）为染色剂，六甲基二硅胺烷（HMDS）为疏水改性剂，通过HMDS和TEOS对亲水的GCC和IOPs进行表面修饰，获得了改性GCC/IOPs悬浮液。结合水性聚氨酯（PU）溶液，提高了涂层的机械稳定性。采用简单的喷涂法在基材表面依次喷涂PU和GCC/IOPs悬浮液，制备了色彩丰富的彩色耐久性超疏水涂层。对其进行了机械稳定性、化学稳定性、抗紫外线、高温烘烤、重复利用性等一系列测试，结果表明该涂层具有优异的稳定性和耐久性，为制备彩色超疏水涂层提供了一种新的思路与方法。
本发明采用如下技术方案：
一种彩色耐久性超疏水涂层，其制备方法为，将非有机颜料、碳酸钙、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水混合，得到悬浮液；然后将悬浮液干燥成膜得到彩色耐久性超疏水涂层。
一种彩色耐久性超疏水材料，其制备方法为，将非有机颜料、碳酸钙、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水混合，得到悬浮液；然后将悬浮液喷涂在设有聚氨酯层的基底上，再干燥成膜得到彩色耐久性超疏水材料。
本发明中，非有机颜料为金属氧化物颜料，比如氧化铁颜料（IOPs），碳酸钙为重质碳酸钙；将聚氨酯喷涂在基底上，干燥得到设有聚氨酯层的基底，再将悬浮液喷涂在基底上的聚氨酯层表面，再干燥成膜得到彩色耐久性超疏水材料。
本发明中，将非有机颜料、碳酸钙分散在溶剂中，再加入六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水，得到悬浮液。优选的，碳酸钙、溶剂、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水的用量比例为（5～8g）∶30mL∶（2～4 mL）∶（2～4 mL）∶（1～1.5 mL）；非有机颜料的含量为1～12%。
本发明中，基底为无机基底，比如玻璃。具体喷涂、干燥为常规技术，比如室温放置即可在基底表面得到高反射耐磨超疏水涂层。
超疏水涂层因其具有油水分离、自清洁、防腐蚀、抗菌等诸多独特的性能而受到科研人员的广泛关注。研究发现，超疏水涂层所表现出优异的憎水性是由于其表面特殊的微纳粗糙结构和低表面能物质共同决定的。目前，大多数超疏水涂层存在原材料价格昂贵、制备工艺复杂、化学试剂毒性大等问题，而超疏水涂层耐久性差、稳定性不足更是严重制约了超疏水涂层的实际应用。针对上述问题，本发明选用重质碳酸钙（GCC）作为主要原料，设计开发出成本低廉、制备工艺简单环保、能够大规模生产且具有不同功能特性的耐久性超疏水涂层。具体的，本发明选用氧化铁颜料（IOPs）作为染色剂，通过六甲基二硅胺烷（HMDS）和TEOS对亲水的GCC和IOPs进行表面修饰，获得了改性GCC/IOPs悬浮液，结合水性聚氨酯（PU）溶液，采用简单的喷涂工艺在基材表面依次喷涂PU和GCC/IOPs 悬浮液，成功制备了色彩丰富的彩色耐久性超疏水涂层。通过SEM、FT-IR、XPS分析了彩色超疏水涂层的表面微观形貌和化学组成成分，探究了超疏水性形成的机理。通过加入不同种类的IOPs，制备了多种颜色的彩色超疏水涂层；通过改变涂层中IOPs含量占比，制备了不同颜色饱和度的彩色超疏水涂层，并且分析了彩色超疏水涂层中IOPs含量占比与润湿性的变化规律。将涂层在砂纸上摩擦200 cm后，或胶带剥离50次后，其表面的CA依旧大于150°，SA仍小于10°。同时，该涂层表现出优异的耐久性，可经受酸碱溶液腐蚀、高温持续烘烤（400℃）和长时间的紫外线辐射（168 h）,还具备出色的重复利用性和自清洁性能。
附图说明
图1为GCC和改性GCC/IOPs涂层的FT-IR谱图。
图2(a) 为GCC和改性GCC/IOPs涂层的XPS谱图；(b) 为改性GCC/IOPs涂层的Si 2p窄谱图；(c) 和 (d) 为GCC和改性GCC/IOPs涂层的C 1s窄谱图；(e) 和 (f) 为GCC和改性GCC/IOPs涂层的O 1s窄谱图。
图3为彩色超疏水涂层的IOPs含量与颜色效果对应图。
图4为四种颜色的彩色超疏水涂层CA和SA随IOPs含量变化图。
图5为蓝色IOPs含量占比为 (a) 2%、(b) 6%、(c) 12% 的彩色超疏水涂层表面微观形貌SEM图。
图6为IOPs含量占比为6%的彩色超疏水涂层表面微观形貌SEM图：(a) 蓝色超疏水涂层，(b) 绿色超疏水涂层，(c) 黄色超疏水涂层，(d) 红色超疏水涂层。
图7为 (a) 胶带剥离示意图；(b)蓝色超疏水涂层10次剥离循环后的表面疏水效果图；(c)蓝色超疏水涂层表面CA 和 SA 随着剥离循环的变化图。
图8为(a) 砂纸磨损示意图；(b) 10次磨损循环后的蓝色超疏水涂层表面疏水效果图；(c) 蓝色超疏水涂层表面CA 和 SA 随着磨损循环的变化图。
图9为 (a) 蓝色超疏水涂层的重复利用性测试过程示意图； (b) 蓝色超疏水涂层的 CA 和SA随重复周期次数的变化图。
图10为 (a) 彩色超疏水涂层图； (b) 在400℃高温烘烤后的彩色超疏水涂层图；(c) 和 (d) 为彩色超疏水涂层CA和SA随温度变化图。
图11为 (a) 强酸、强碱液滴在蓝色超疏水涂层表面示意图；(b) 不同PH液滴与蓝色超疏水涂层接触面的CA图；(c) 四种彩色超疏水涂层抗紫外线照射的示意图；(d) 四种彩色超疏水涂层的 CA 和SA随紫外线照射周期的变化图。
图12为(a) 蓝色和 (b) 黄色超疏水涂层的自清洁过程；(c)红色超疏水涂层在亚甲基蓝染色的溶液中浸泡-提拉的过程。
具体实施方式
本发明选用氧化铁颜料（IOPs）作为染色剂，通过六甲基二硅胺烷（HMDS）和TEOS对亲水的GCC和IOPs进行表面修饰，获得了改性GCC/IOPs悬浮液。以水性聚氨酯（PU）溶液为粘结剂，采用简单的喷涂法在基材表面依次喷涂PU和GCC/IOPs悬浮液，制备了彩色耐久性超疏水涂层。并对彩色超疏水涂层的化学反应机理、润湿性、机械稳定性、化学稳定性、抗紫外线、自清洁性、重复利用性等方面进行详细研究。彩色超疏水涂层表现出优异的耐久性，可以经受50次胶带剥离、负载200 g重量在砂纸上摩擦200 cm、长时间酸碱溶液侵蚀、400℃高温烘烤100 min和紫外线辐射168 h等，仍然保持良好的超疏水性。彩色超疏水涂层采用简单环保的制备方法，并且表现出很好的重复利用性，通过对蓝色超疏水涂层剥离研磨成粉末，加入乙醇溶液搅拌，再次喷涂在基底上的过程。结果表明，重复10次上述操作，依然保持超疏水性。此外，还展出优异的自清洁能力。
本发明的原料为常规产品，具体制备操作以及测试方法为常规技术，氧化铁颜料（IOPs）购买自上海一品颜料有限公司；水性聚氨酯（PU）来自深圳市吉田化工有限公司，型号：F0409。IOPs含量为氧化铁颜料质量/（氧化铁颜料+重质碳酸钙+乙醇+TEOS+HMDS+氨水）质量，即为氧化铁颜料在整个悬浮液中的质量比例。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例一 彩色耐久性超疏水涂层的制备
(1) 改性GCC/IOPs悬浮液的制备。首先，称取IOPs（氧化铁红）于烧杯中，加入30mL乙醇，在600 rpm/min下磁力搅拌20 min，加入7g GCC粉末继续磁力搅拌20 min；然后，加入3 mL TEOS、3 mL HMDS和1.2 mL氨水并在室温下800 rpm/min的磁力搅拌反应4 h，获得改性GCC/IOPs悬浮液，IOPs含量为8%。
(2)彩色耐久性超疏水涂层的制备。先将PU均匀地喷涂在清洗干净的玻璃基底上，室温固化后，用喷枪将改性GCC/IOPs悬浮液喷涂到PU表面，在室温条件下将喷涂后的涂层放置6小时，使其完全固化，成功制备出彩色耐久性超疏水涂层。
为了探究改性前后彩色超疏水涂层表面的化学成分组成，对改性的GCC/IOPs涂层进行了红外光谱（FT-IR）测试。如图1所示，在 GCC的 FT-IR 光谱中，出现位于1394、873和712cm-1处的吸收峰，分别代表C-O键的不对称伸缩振动、面内弯曲振动和面外弯曲振动。在改性GCC/IOPs涂层的FT-IR光谱中，2964和1254 cm-1处的吸收峰属于-CH3中C-H键的不对称伸缩振动峰；在1072 cm-1处的吸收峰是由Si-O-Si键伸缩振动引起的；在846cm-1处的吸收峰是由POS上的Si-CH3伸缩振动引起的。以上表明长链有机硅烷成功负载在GCC/IOPs颗粒表面。
通过XPS光谱分析了GCC和改性GCC/IOPs涂层的表面化学组成，如图2(a)所示，从图中可以看出，GCC和改性GCC/IOPs涂层都在结合能为285 eV和531 eV处出现了两组特征峰，分别为C 1s峰和O 1s峰，且C和O元素是构成GCC的主要元素。而改性GCC/IOPs涂层在结合能为103 eV和154 eV处新增了两个较为明显的新特征峰，这两个峰分别对应的是Si 2s和Si 2p的结合能。通过分析Si 2p的窄谱图（图2(b)）可以看出，Si 2p 峰由 104 eV（Si-OH）、103.2 eV（Si-O-Si）和 101.5 eV（Si-C）三个峰组成。进一步对比GCC和改性GCC/IOPs涂层的C 1s窄谱图（图2(c)-(d)），可以看出，除了GCC本身的C=C、C-O、C-H、C-C键的结合能外，改性GCC/IOPs涂层在结合能为285.7 eV处出现了C-Si键；同样对比GCC和改性GCC/IOPs涂层的O 1s窄谱图（图2(e)-(f)），可以分析出，除了GCC上本身的O-C、O=C、O-H键的结合能外，改性GCC/IOPs涂层在结合能为531.8 eV处出现了O-Si键。以上结果进一步证实长链有机硅烷成功负载在GCC/Color表面。
将TEOS加入到GCC/IOPs的乙醇溶液中，磁力搅拌混合，然后加入HMDS和氨水。HMDS通过水解反应转化为三甲基硅醇（HO-Si(CH3)3）。TEOS在碱性条件下水解生成SiO2纳米粒子，其羟基与HO-Si(CH3)3发生脱水缩合反应生成长链有机硅烷。由于GCC/IOPs的表面含有大量亲水基团，因此可以通过有机硅烷来进行表面改性。长链有机硅烷中的羟基再与GCC/IOPs表面的羟基继续进行脱水缩合，然后长链有机硅烷以共价键的形式负载在GCC/IOPs表面。由于长链有机硅烷与SiO2纳米颗粒的协同作用提高了GCC/IOPs表面的疏水性。
实施例二
在实施例一的基础上，调整氧化铁红的用量，得到不同IOPs含量的彩色耐久性超疏水涂层，IOPs含量分别为1%、2%、3%、4%、6%、10%、12%、14%、18%。
实施例三
在实施例一的基础上，将氧化铁红更换为氧化铁蓝、氧化铁绿或者氧化铁黄，其余一样，得到不同颜色的彩色耐久性超疏水涂层。
在实施例二的基础上，将氧化铁红更换为氧化铁蓝、氧化铁绿或者氧化铁黄，其余一样，得到不同IOPs含量的彩色耐久性超疏水涂层。
对照例
在实施例一的基础上，不加入IOPs，得到IOPs含量为0的超疏水涂层。
实施例四 IOPs含量对涂层的饱和度以及润湿性的影响
彩色超疏水涂层相比于普通涂层，它不仅具有优异的疏水性能，还由于颜色多样而兼具美化功能。通常IOPs的含量和种类对彩色超疏水涂层的色彩效果起到至关重要的作用。涂层中IOPs的含量决定了涂层颜色的饱和度，而IOPs的种类不同也给涂层带来不一样的色彩效果。尤其是，涂层中IOPs会影响涂层的润湿性能。
根据本发明彩色超疏水涂层的制备方法，通过添加蓝、绿、红、黄四种色彩的IOPs分别制备出蓝、绿、红、黄四种颜色的彩色超疏水涂层样品，并且在每种颜色下又分别制备了IOPs含量为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、18%的彩色超疏水涂层样品，如图3所示。从图中可以看出，随着彩色超疏水涂层中IOPs含量占比增加，这四种彩色超疏水涂层表面的颜色都在逐步加深。蓝、绿、红、黄四种颜色的涂层分别在IOPs含量为10%、6%、8%、4%时达到饱和。此时，若继续增加IOPs的含量，则彩色超疏水涂层表面颜色不再会出现明显的变化。
分别对蓝、绿、红、黄四种颜色涂层的IOPs含量为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、18%的样品进行了CA和SA的测量。图4为四种颜色的彩色超疏水涂层CA、SA随IOPs含量变化的情况，从图中可以看出，当彩色超疏水涂层中IOPs不断增加时，这四种颜色彩色超疏水涂层的CA（图4(a)）都在不断降低，而SA（图4(b)）都在不断升高。进一步分析可得，在四种彩色超疏水涂层颜色达到饱和时，其涂层表面的CA都大于150°，SA都小于10°，仍然保持优异的超疏水特性。
超疏水涂层表面的润湿性与其表面的微观结构密切相关，使用SEM观察了彩色超疏水涂层表面微观形貌。如图5所示，其中 (a)、(b) 和 (c) 分别为IOPs含量占比为2%、6%和10%的蓝色超疏水涂层，可以观察到，IOPs含量占比为2%时，涂层表面微纳米级的GCC颗粒结构清晰可见，GCC颗粒上附着少许纳米尺度的细小颗粒；随着IOPs含量占比升高，GCC颗粒表面附着越来越多的纳米级小颗粒，当IOPs含量占比为10%时，GCC颗粒表面完全被纳米级小颗粒包裹。
在IOPs含量占比相同的条件下，以上四种彩色超疏水涂层的表面微观形貌如图6所示。当IOPs含量占比为6%的情况下，蓝色（图6(a)）和红色（图6(d)）超疏水涂层表面所附着的纳米级颗粒为块状或球状；而绿色（图6(b)）和黄色（图6(c)）超疏水涂层表面附着的则是纳米级针状结构，且黄色涂层表面更多。上述结果表明，四种颜色的超疏水涂层表面出现的纳米级球状或针状结构的主要组成成分都是IOPs，且IOPs含量占比越多的涂层表面附着的IOPs也就越多。而造成彩色超疏水涂层表面润湿性下降的原因是由于涂层表面的微观结构发生了改变，过多的纳米级球状或针状结构反而导致涂层的超疏水性变差。
实施例五 机械稳定性
（1）胶带剥离测试
大多数超疏水涂层具有较差的机械耐久性，在外力的作用下容易破坏其超疏水性，这严重限制了超疏水涂层在日常生活中的应用。胶带剥离测试能够很好地评估涂层的机械耐久性。选用蓝色超疏水涂层（2%IOPs含量）作为研究对象，如图7(a) 所示，首先将3M胶带粘贴在超疏水涂层的表面，然后在胶带上放置1 kg的砝码并保持5 min，以保证涂层与胶带之间充分接触，最后取下砝码，揭开胶带。上述操作重复5次后，测量并记录涂层表面的CA和SA，把上述过程视为一次剥离循环。如图7(b) 所示，从图中可以看出，涂层经过10次剥离循环（50次胶带剥离）后，表面的液滴依然保持较好的球形形状。通过分析CA和SA（图7(c)）发现，在整个剥离测试过程中，涂层的CA缓慢下降，SA缓慢增加，但CA始终大于150°，而SA小于10°，结果表明彩色超疏水涂层具有较好的机械耐久性。
（2）磨损测试
砂纸磨损实验常用于测试超疏水涂层的机械稳定性，选用蓝色超疏水涂层（2%IOPs含量）作为研究对象。图8(a) 为砂纸磨损测试的示意图。以600目砂纸为磨损面，待测的蓝色超疏水涂层面朝向砂纸磨损面，在负载200 g砝码的重量下沿直线推动样品，样品的移动速度为5 cm/s，移动距离为20 cm，随后测量蓝色超疏水涂层表面的CA和SA，将上述过程视为一次磨损循环。如图8(b) 所示，蓝色超疏水涂层经过10次磨损循环后，液滴在表面呈现球形，涂层依然保持优异的超疏水性，表面的CA大于150°，SA小于10°（图8(c)）。此外，还使用400和1200目的砂纸进行磨损测试，其结果与图8(c)类似。
实施例六 重复利用性和热稳定性
超疏水材料能够进行多次重复利用是非常有必要的，这样不但可以降低生产成本，而且还能节约资源保护环境，同时也体现出超疏水材料的耐久性。选用蓝色超疏水涂层（2%IOPs含量）作为研究对象，如图9(a)所示，将样品表面的超疏水涂层用刀片刮下并收集在玻璃皿中，通过研磨后得到超疏水粉末，随后将超疏水粉末放入烧杯中并加入无水乙醇在室温下搅拌10 min，然后将所获得的悬浮液喷涂到基材表面并在室温下干燥 2 h，最终成功获得蓝色超疏水涂层。从图中可以看出，水滴在涂层表面上保持球形（CA=155°）并且容易滚落（SA=6.8°）。为了进一步验证其重复利用性，按上述操作重复了10次，如图9(b) 所示，蓝色超疏水涂层的CA和SA随重复周期次数的变化图，从图中可以看出，与初始超疏水涂层的CA和SA相比，10次重复制备的蓝色超疏水涂层的CA和SA没有发生明显变化，结果表明所制备的彩色超疏水涂层具有可重复利用的特性。
但是作为对照，IOPs含量为0的超疏水涂层（单独碳酸钙超疏水涂层），10次重复制备的疏水涂层的CA和SA发生明显变化，CA下降到150°，而SA上升到12°。说明粉碎和研磨破坏该超疏水材料在微/纳米尺度的表面性质，不只是改变了其宏观沉积形式，所以重新喷涂后的疏水涂层失去超疏水性，变为疏水性。
此外还对彩色超疏水涂层进行了热稳定性测试。将改性GCC/IOPs悬浮液直接喷涂在玻璃基底上，等样品完全干燥后置于管式炉中进行烘烤，时间为100 min，然后取出烘烤后的样品测量涂层表面的CA和SA，初始温度为100℃，温度间隔为100℃，测试的温度在100℃-400℃之间。参见图10，彩色超疏水涂层表面的IOPs会因高温发生变色，当温度达到400℃时，四种颜色的超疏水涂层表面的色泽变得比较暗淡（图10（a）-图10（b）），但涂层表面的超疏水性未受到影响，其CA始终保持在150°，SA保持在10°以下（图10(c)-(d)）。因此，彩色超疏水涂层可以在400℃的高温环境中维持良好的超疏水性，满足了绝大多数应用领域的要求。
实施例七 化学稳定性和抗紫外线性能
超疏水涂层在日常使用时经常会处在极端复杂环境中，不可避免会受到强酸和强碱溶液、化学溶剂等腐蚀性液体的污染，破坏涂层表面的疏水性。因此，对所制备的彩色超疏水涂层进行了化学稳定性测试。如图11(a) 所示，选用HCL和NaOH溶液来配置腐蚀性溶液，随后将腐蚀性液体滴在涂层表面，静置12 h后测量涂层与溶液接触面的CA。图11(b) 为蓝色超疏水涂层（2%IOPs含量）分别在 pH 值为2、4、6、8、10和 12 的液滴中腐蚀12 h 之后所测得的CA均大于 150°，从测试结果中可以看出彩色超疏水涂层具有优异的化学稳定性。
超疏水涂层常常受到紫外光的照射，严重时会失去超疏水性，因此超疏水涂层需要具备抗紫外线性能。图11(c) 为蓝、绿、红、黄四种颜色的彩色超疏水涂层抗紫外线实验的示意图。将所制备好的四种颜色的彩色超疏水涂层置于功率为8w的紫外光下照射，涂层距离紫外灯为5 cm，每照射12 h视为一次照射周期，在每次照射周期后测量涂层的 CA 和SA。图11(d)-(e) 揭示了彩色超疏水涂层的CA和SA随照射周期的变化，从图中可以看出，四种颜色的彩色超疏水涂层在经过14次照射周期（168 h）的紫外光照射后，其 CA均在150°以上，SA均低于10°，结果表明所制备的彩色超疏水涂层具有优异的抗紫外线性能。
实施例八 自清洁测试
在户外环境中，超疏水涂层经常受到灰尘或其他污染物的污染，容易影响表面的疏水性以及美观，因此，自清洁能力对于超疏水涂层至关重要。如图12(a)-(b) 所示，首先，将所制备的蓝色、黄色超疏水涂层倾斜放置在玻璃皿中，随后把土壤、石灰和砂砾混合的污染物洒在超疏水涂层表面，当水流从涂层表面滚落时，可以观察到涂层表面污染物会随水流一起滚落，在连续滴下少量的自来水后，污染物完全被水流带走，这两种颜色的超疏水涂层表面恢复到初始状态。为了进一步探究彩色超疏水涂层的自清洁能力，如图12(c) 所示,首先将红色超疏水涂层浸入亚甲基蓝溶液中，然后缓慢从溶液中拉起涂层，从图中可以观察到红色超疏水涂层表面没有被任何液滴沾染的痕迹。以上实验结果表明，所制备的彩色超疏水涂层具有优异的自清洁能力。
本发明以IOPs为染色剂，PU为粘结剂，使用HMDS和TEOS对GCC和IOPs进行表面修饰，采用两步喷涂的方法制备出彩色耐久超疏水涂层。通过添加不同种类的IOPs，制备了多种颜色的彩色超疏水涂层，其具有优异的耐久性，可在恶劣的环境中长时间稳定地保持超疏水性。
超疏水表面具有许多独特的性能而备受科研人员的关注，近几十年来，随着科学研究不断地向前推进，超疏水表面在自清洁、耐腐蚀、油水分离、抗菌等诸多领域展现出巨大的应用前景，未来将会在更多领域开发出新的用途。目前制备超疏水表面的方法已经有很多，例如静电纺丝法、光刻法、溶胶凝胶法、刻蚀法、化学气相沉积法等，所制备的超疏水表面性能也有了长足的进步。然而，要想实现超疏水表面大规模的工业化生产还有一定的距离，主要原因是因为制备工艺复杂、成本高昂、环境污染等，大多数情况下只能局限于实验室制备，并且所制备的超疏水表面耐久性差，若长时间暴露在腐蚀性环境中或者紫外线辐射下，超疏水表面的超疏水性就会降低甚至丧失。此外，超疏水表面的机械稳定性、自清洁性和颜色单调性也影响了超疏水涂层的实际应用。针对以上问题，本发明的意义就是使超疏水涂层的制备工艺更简单、环保，成本更低，性能更加耐久，能够广泛地应用于各行各业。

Claims (10)

1.一种彩色耐久性超疏水涂层，其特征在于，所述彩色耐久性超疏水涂层的制备方法为，将非有机颜料、碳酸钙、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水混合，得到悬浮液；然后将悬浮液干燥成膜得到彩色耐久性超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述彩色耐久性超疏水涂层，其特征在于，非有机颜料为金属氧化物颜料。
3.权利要求1所述彩色耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征在于，将非有机颜料、碳酸钙分散在溶剂中，再加入六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水，得到悬浮液；然后将悬浮液干燥成膜得到彩色耐久性超疏水涂层。
4.根据权利要求3所述彩色耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征在于，碳酸钙、溶剂、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水的用量比例为（5～8g）∶30mL∶（2～4 mL）∶（2～4 mL）∶（1～1.5 mL）。
5.根据权利要求3所述彩色耐久性超疏水涂层的制备方法，其特征在于，非有机颜料的含量为1～12%。
6.一种彩色耐久性超疏水材料的制备方法，其特征在于，将非有机颜料、碳酸钙、六甲基二硅胺烷、正硅酸四乙酯、氨水混合，得到悬浮液；然后将悬浮液喷涂在设有聚氨酯层的基底上，再干燥成膜得到彩色耐久性超疏水材料。
7.根据权利要求6所述彩色耐久性超疏水材料的制备方法，其特征在于，将聚氨酯喷涂在基底上，干燥得到设有聚氨酯层的基底，再将悬浮液喷涂在基底上的聚氨酯层表面，再干燥成膜得到彩色耐久性超疏水材料。
8.根据权利要求6所述彩色耐久性超疏水材料的制备方法制备的彩色耐久性超疏水材料。
9.权利要求1所述彩色耐久性超疏水涂层或者权利要求8所述彩色耐久性超疏水材料作为疏水材料的应用。
10.权利要求1所述彩色耐久性超疏水涂层在重复制备超疏水涂层中的应用。
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