一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法

本发明涉及多功能涂层领域，具体是一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法。背景技术：1、各种污染物对织物、金属、建筑外墙等表面的污染，不仅影响了它们的美观，还对人们的健康构成了威胁。目前，清洁这些物品主要依赖于人工方式，但这增加了能源消耗和成本，并导致大量化学洗涤剂的使用，进而造成环境污染。此外，在某些恶劣环境下，由于条件限制，清洁不易，只能进行频繁废弃导致资源的浪费。因此，迫切需要开发更环保、可持续的解决方案来解决挑战。2、超双疏材料在这种背景下应运而生，其是一种新型的具有自清洁功能的材料。经过材料修饰后的物品表面可以同时实现对水和油性液体的超强排斥，其接触角大于150°且滚动角小于10°。在防污、自清洁、减阻、防腐、防结冰、液体输送等领域发挥着越来越重要的作用。超双疏表面在抵抗宏观污染物(如灰尘、沙土、花粉等)方面表现出色，在其附着后仅需少量水就可进行去除，很大程度上减少了成本和污染。然而对在环境中存在的微观非挥发性有机污染物却缺乏抵抗性。例如当空气pm2.5中的油性物质接触超双疏表面时会逐渐在其表面累积，降低材料表面的表面能，从而减少材料使用寿命直至丧失超双疏性。这一问题为超双疏材料的大规模实际应用带来了巨大的挑战。3、众所周知，光催化具有良好的降解微观有机污染物的能力。通过在材料表面引入光催化剂，当其受到光照时产生的活性氧物种(如羟基自由基和超氧自由基等)可将微观有机污染物降解为二氧化碳和水等无害物质。因此，若能将光催化能力引入到超双疏材料所修饰的表面中即可解决上述问题。然而将具有光催化能力引入到超双疏涂层中时也会产生相应问题。首先，超双疏表面构建最后往往由低表面能材料修饰而成，这可能导致光催化材料被包埋，失去催化作用。其次，过强的光催化能力可能导致涂层表面的低表面能物质被过快分解，使超双疏性消失。最后，涂层的光催化能力是否只能在特定的紫外光下进行触发，以及是否在户外太阳光下同样有效，也是需要考虑的问题。因此，如何平衡光催化特性和超双疏之间的相互作用，成为设计稳定光催化的超双疏涂层的难点。4、申请号为201710355903.5的文献公开了一种具有光催化降解甲醛功能的超双疏涂料及其制备方法和应用，涂层展现出良好的超双疏性和对甲醛降解的光催化特性；然而其并没有测试涂层的长期运行稳定性以及对于户外太阳光下的光催化效果。申请号为201810866481.2的文献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，然而其中的含氟笼型倍半硅氧烷需要合成且价格昂贵，聚四氟乙烯纳米颗粒和氟碳表面活性剂环境难以降解，不利于大规模制备。申请号为201910421578.7的文献公开了一种光催化超双疏涂料及其制备方法和应用，然而其制备方法复杂，二氧化钛的钝化处理过于繁琐且没有说明多基底的效果。夏慧芸等人在《chemical engineering journal》2021年409期128187页报道了一种自清洁光催化超疏水涂层的制备方法，通过水热法将三氧化钨和二氧化钛结合，随后与聚二氧基硅氧烷结合所形成。然而其制备过程复杂，没有超疏油性以及在户外太阳光下的光催化性能。此外，从人体接触方面考虑，若赋予光催化超双疏涂层抗菌能力可有效抵消其对于健康的损害。同时，涂层的柔韧性也是必须要考虑的因素。因此，迫切需要开发一种制备方法简单、成本低廉、环境友好且在户外可见光和紫外光下都可激发的良好柔韧性抗菌光催化型超双疏涂层。然而，如何同时实现这些功能成为一个巨大的挑战。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法。2、本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：3、步骤1、将aptes溶解于无水乙醇中，得到aptes溶液；再将基底材料浸渍于aptes溶液中，使得aptes在基底材料表面进行氨基化接枝反应，形成含有氨基的基底材料；4、步骤2、将tio2纳米颗粒和ta分散于碱性溶液中，得到分散均匀的tio2/ta分散液；然后将qas分散于tio2/ta分散液中，得到分散均匀的tio2/ta/qas分散液；然后将步骤1得到的含有氨基的基底材料浸渍于tio2/ta/qas分散液中，使得tio2/ta/qas在含有氨基的基底材料表面进行交联反应；浸渍完成后取出，清洗基底材料以去除基底材料表面结合不牢固的tio2/ta/qas；5、步骤3、将fecl3·6h2o溶解于碱性溶液中，得到fecl3·6h2o溶液；然后将步骤2得到的基底材料浸渍于fecl3·6h2o溶液中，使得基底材料表面沉积的ta与fecl3·6h2o进行配位反应接枝fe3+；6、步骤4、将fas溶解于有机溶剂，得到fas溶液；然后将步骤3得到的基底材料浸渍于fas溶液中，以降低基底材料表面的表面能；浸渍完成后取出，在室温下放置5～30min进行有机溶剂的初步挥发，从而在基底材料表面初步成膜；然后将基底材料浸渍于水中以去除残余的有机溶剂；取出后在室温下再放置5～30min以进一步在表面成膜；最后在80～120℃下放置0.5～2h进行剩余有机溶剂和水的挥发，从而最终完成在基底材料表面的成膜，得到抗菌光催化型超双疏涂层。7、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：8、(1)本发明通过在基底材料上原位反应和低表面能处理形成超双疏所需的分层微纳米结构和低表面能，基底材料适用性强。本发明具有较强的普适性和耐久性，是一种多功能型涂层。9、(2)本发明所形成的涂层不仅具有超双疏性，还具有光催化特性和抗菌性能，且在户外条件下可以长期稳定且光催化性能在紫外光和户外太阳光下均可进行激发。10、(3)本发明所使用的物质均为廉价易得的材料，在使用过程中均不需要进一步纯化和合成；且所用的试剂均为绿色环保型，对环境无危害。制备过程简单，有利于应用放大。11、(4)本发明所形成的超双疏涂层的光催化能力适中，能对表面污染物进行有效降解的同时不损伤自身的超双疏性能，且具备户外条件下长时间的运行稳定性。12、(5)本发明所形成的超双疏涂层的光催化效果不仅可以在紫外光条件下激发，在可见光和户外真实的太阳光下也可以进行激发，从而大大提升其实用性。13、(6)本发明所形成的超双疏涂层受到光催化效应损伤后可以一定程度上进行自修复。14、(7)本发明所形成的抗菌光催化型超双疏涂层对液体维持超双疏性的表面张力低至27.5mn/n，体现出优异的超双疏性能。15、(8)本发明所形成的超双疏涂层具有优异的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均＞99.9％。16、(9)本发明所形成的超双疏涂层具有优异的柔韧性，可以经历1000次的弯曲循环而不失去超双疏性。技术特征：1.一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤1均在室温进行，温度为20～30℃；3.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，基底材料为棉织物、涤纶织物、羊毛、滤纸、玻璃、陶瓷、铁丝或海绵；基底材料在使用前先后经过水和无水乙醇清洗以去除表面的杂质；4.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤2均在室温进行，温度为20～30℃；5.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，qas的浓度为60％；6.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，浸渍时间为2～24h；7.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤3均在室温进行，温度为20～30℃；8.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中，浸渍时间为0.5～6h；9.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤4中，fas为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷或1h,1h,2h,2h-全氟癸基三氯硅烷；10.根据权利要求1所述的抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法，其特征在于，步骤4中，浸渍水中的时间为1～10s。技术总结本发明公开了一种抗菌光催化型超双疏涂层的制备方法。该方法首先将基底材料浸渍于APTES溶液中，形成含有氨基的基底材料；再将含有氨基的基底材料浸渍于TiO