一種自修復易清潔涂層材料及其制備方法和應用與流程

本發明屬于涂料，具體涉及一種自修復易清潔涂層材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、廚房電器產品長期處于重油煙環境中，長期大量地接觸油煙、酸堿食材、調料等污染物，極易在廚電產品表面及內腔粘附油垢或食物殘渣，久而久之會成為細菌、霉菌等微生物滋生的溫床，進而產生異味，存在嚴重的健康隱患，用戶體驗極差。

2、不銹鋼是廚電產品常用的基材，如何實現不銹鋼表面實現易清潔效果是行業追求的目標。目前，常見的易清潔涂層技術主要有疏水不粘涂料。疏水不粘涂料包括氟碳涂料、uv光固化氟碳涂料，有機硅涂料等，這類涂料樹脂結構中含有豐富的氟硅基團，在涂料固化后傾向于向表面遷移，向表面遷移的氟硅基團具有較低的表面能，該類涂料就是利用這種低表面能的特性，實現了對油污低粘附的效果。

3、然而，現有市售低表面能涂料的油接觸角大多小于90°，并未實現真正意義上的疏油，故油污仍會附著于表面，且對于像煙機不銹鋼表面存在的頑固油漬，很難徹底清潔干凈；此外，在疏水易清潔涂層的使用過程中，其表面極易受到光、臭氧等氧化物質所造成的化學破壞以及外力作用導致的涂層破損而失效；同時，隨著科學技術的飛速發展，只具有單一超疏水易清潔性能的涂層材料已經不能滿足日益提升的產品使用環境。

4、基于上述問題，為提升廚電產品的整體性能，開發一種固化形成涂層后具有優異疏水性、耐擦拭性和抗菌性的自修復易清潔涂層材料，具有重要的實際意義。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種自修復易清潔涂層材料及其制備方法和應用，所述自修復易清潔涂層材料與不銹鋼基材具有優異的粘結性能，且固化后形成的涂層具有高硬度，優異的疏水性、耐擦拭性、抗菌性和自修復性，進而能對不銹鋼基材進行有效保護，提升廚電產品使用性能和使用壽命。

2、為達此目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發明提供一種自修復易清潔涂層材料，所述自修復易清潔涂層材料包括兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微膠囊和氟溶劑a；

4、所述聚多巴胺微膠囊的殼材包括聚多巴胺，芯材包括多烷基有機金屬鹽。

5、首先，本發明提供的自修復易清潔涂層材料包括兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷；其中，全氟聚醚硅氧烷通常是指高分子主鏈含有重復的c-o-c醚鍵，且主鏈中的氫原子被氟原子全部取代的一類聚合物，特殊的分子結構賦予其極低的表面張力(約11～22mn/m)，良好的疏水疏油性能和低摩擦系數等特性，采用其作為基材，并采用天然兒茶素作為抗菌劑對其進行改性，制成兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷，可有效提升涂層的抗菌性能，并進一步提升涂層材料表面的疏水疏油性能和耐刮擦性；

6、其次，本發明提供的自修復易清潔涂層材料中還包括聚多巴胺微膠囊，且限定所述聚多巴胺微膠囊的殼材包括聚多巴胺，芯材包括有機金屬鹽；據了解，微膠囊技術是使用相聚、原位聚合和界面聚合技術，利用高分子材料將改性劑包裹起來，從而形成一種具有包覆結構的復合改性劑，可以防止受到外界環境的影響，且微膠囊具有較小的尺寸和較大的比表面積，可以與基體材料更相容，并且由于壁材對芯材的保護作用，可使芯材流失降低，進一步提升性能；

7、本發明添加以聚多巴胺為殼材，多烷基有機金屬鹽為芯材的聚多巴胺微膠囊；其中，多巴胺(da)是一種合成的貽貝黏附蛋白，在堿性條件下(ph值大于7.5)容易被氧化并自發聚合生成聚多巴胺(pda)，所述pda通過形成氫鍵、金屬配體和醌電荷轉移配合物，不需要任何復雜的儀器或苛刻的反應條件即可實現較強的黏附沉積效果；而所述多烷基有機金屬鹽則具有非極性的長鏈結構，具有優異的疏水效果，在涂層遭到破壞后，隱藏在pda中的多烷基有機金屬鹽在高溫條件下逸出，從而使涂層具備自修復的功能。

8、綜上，本發明采用上述兩種材料進行搭配，使所得自修復易清潔涂層材料與不銹鋼基材具有優異的粘結性能，且固化后形成的涂層具有高硬度，優異的疏水性、耐擦拭性、抗菌性和自修復性，能對不銹鋼基材進行有效保護，提升廚電產品使用性能和使用壽命。

9、優選地，所述自修復易清潔涂層材料按照重量份包括如下組分：

10、兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷??????????????5～10重量份；

11、聚多巴胺微膠囊????????????????????????10～20重量份；

12、氟溶劑a???????????????????????????????60～70重量份。

13、其中，所述兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷的用量可以為5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份等。

14、所述聚多巴胺微膠囊的用量可以為10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份等。

15、所述氟溶劑a的用量可以為60重量份、61重量份、62重量份、63重量份、64重量份、65重量份、66重量份、67重量份、68重量份、69重量份或70重量份等。

16、優選地，所述兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷的制備原料按照重量份包括如下組分：

17、

18、其中，所述全氟聚醚酰氟的含量可以為180重量份、185重量份、190重量份、195重量份、200重量份、205重量份、210重量份、215重量份或220重量份等。

19、所述無水乙醇的含量可以為10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或30重量份等。

20、所述硅烷偶聯劑的用量可以為10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份等。

21、所述兒茶素類化合物的含量可以為20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份等。

22、優選地，所述硅烷偶聯劑包括γ-氨丙基二乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的任意一種或至少兩種的組合。

23、優選地，所述兒茶素類化合物包括兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素或兒茶素沒食子酸酯中的任意一種或至少兩種的組合。

24、優選地，所述兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷通過如下方法制備得到，所述方法包括如下步驟：

25、(a1)將全氟聚醚酰氟和無水乙醇在氟溶劑b中進行反應，經冷卻，洗滌，干燥，過濾和蒸餾，得到全氟聚醚甲酯；

26、(a2)將全氟聚醚甲酯和硅烷偶聯劑進行反應，加入無水乙醇和氟溶劑c進行混合，靜置分液，取下層液體進行減壓蒸餾，得到全氟聚醚硅氧烷；

27、(a3)將全氟聚醚硅氧烷和兒茶素類化合物在氟溶劑d中進行混合，得到所述兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷。

28、優選地，步驟(a1)所述反應包括兩個階段，階段1為先在室溫下反應1～2h(例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等)，階段2為升溫至50～70℃(例如50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等)反應1～2h(例如1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等)。

29、優選地，步驟(a2)所述反應的溫度為50～70℃，例如50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃等。

30、優選地，步驟(a2)所述反應的時間為2～4h，例如2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等。

31、優選地，步驟(a2)所述反應在氮氣保護條件下進行。

32、優選地，步驟(a3)所述混合的溫度為30～35℃，例如30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃等。

33、優選地，步驟(a3)所述混合的時間為20～40min，例如20min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min等。

34、優選地，所述聚多巴胺微膠囊的制備原料按照重量份包括如下組分：

35、多烷基有機金屬鹽????????100重量份；

36、多巴胺??????????????????70～90重量份。

37、其中，所述多巴胺的含量可以為70重量份、72重量份、74重量份、76重量份、78重量份、80重量份、82重量份、84重量份、86重量份、88重量份或90重量份等。

38、優選地，所述多烷基有機金屬鹽包括辛烷磺酸鈉和十二烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉或聚二烯丙基二甲基氯化銨中的任意一種或至少兩種的組合。

39、優選地，所述聚多巴胺微膠囊的制備方法包括：將多烷基有機金屬鹽溶于緩沖液中，加入多巴胺進行混合，得到所述聚多巴胺微膠囊。

40、優選地，所述緩沖液包括三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖液。

41、優選地，所述緩沖液的ph值為8～9，例如8、8.2、8.4、8.6、8.8或9等。

42、優選地，所述混合的溫度為40～60℃，例如40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等。

43、優選地，所述混合的時間為20～30h，例如20h、22h、24h、26h、28h或30h等。

44、優選地，所述氟溶劑a、氟溶劑b、氟溶劑c和氟溶劑d各自獨立地包括全氟己烷、全氟環己烷、全氟甲基環己烷、全氟甲苯或全氟庚烷中的任意一種或至少兩種的組合。

45、第二方面，本發明提供一種如第一方面所述自修復易清潔涂層材料的制備方法，所述制備方法包括：將兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微膠囊和氟溶劑a混合均勻，得到所述自修復易清潔涂層材料。

46、第三方面，本發明提供一種如第一方面所述自修復易清潔涂層材料的使用方法，所述使用方法包括：將自修復易清潔涂層材料涂覆在不銹鋼板表面，經干燥和固化，在不銹鋼板上形成自修復易清潔涂層。

47、優選地，所述干燥的溫度為20～40℃，例如20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃或40℃等。

48、優選地，所述干燥的時間為5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

49、優選地，所述固化的溫度為120～140℃，例如120℃、124℃、128℃、132℃、135℃、138℃或140℃等。

50、優選地，所述固化的時間為40～60min，例如40min、42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或60min等。

51、第四方面，本發明提供一種如第一方面所述的自修復易清潔涂層材料在廚房電器產品中的應用。

52、相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

53、本發明提供的自修復易清潔涂層材料包括兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷、聚多巴胺微膠囊和氟溶劑a，且所述聚多巴胺微膠囊的殼材包括聚多巴胺，芯材包括多烷基有機金屬鹽；通過選擇所述兒茶素改性全氟聚醚硅氧烷作為基體，搭配添加聚多巴胺微膠囊，使所得自修復易清潔涂層材料與不銹鋼基材具有良好的粘結性能，且涂層具有高硬度、優異的疏水性、自修復性和抗菌性，涂覆在不銹鋼基材表面后可以對不銹鋼基材進行有效保護，進而可有效提升廚電產品的使用性能和使用壽命。