CN103351803B - 耐磨损的超疏水涂层的制备方法 - Google Patents

耐磨损的超疏水涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨损的超疏水涂层的制备方法，特征是采用以下步骤：1）将炭黑与乙酸乙酯配制成炭黑质量含量为8%的混合液，再将混合液用胶体磨研磨分散30分钟，制备成均匀的炭黑分散液；2）将炭黑分散液、端羟基聚丁二烯、羟基硅油、甲苯二异氰酸酯以及溶剂于70℃进行预聚1小时合成含有炭黑的预聚体溶液；3）待预聚体溶液冷却至20℃，将硫化剂与预聚体溶液共混形成涂覆液；4）将涂覆液滴加在基体上涂平，于20～50℃固化，固化后在基体表面形成有序的微孔结构，即超疏水涂层。本发明工艺简单，简便可行，生产成本低，可加工大面积异形试件表面，制作的超疏水涂层为聚氨酯弹性体与炭黑组成，在耐磨损性能方面更有优势，适用于玻璃、金属、陶瓷等基体。

Description

耐磨损的超疏水涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨损的超疏水涂层的制备方法，属于有机涂料技术领域。
背景技术
超疏水涂层指与水滴接触角大于150°的涂层，超疏水涂层具有自清洁、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工业领域具有应用前景，超疏水涂层具有高度粗糙结构，超疏水表面遭受摩擦时，实际上由表面的微米或纳米微凸起承载压力与剪切作用，表面微凸所承载压强与剪切应力远远大于表观压强与剪切应力，从而导致表面粗糙结构因应力集中而损坏，最终导致超疏水功能失效。因此，超疏水表面在使用过程中易于遭受磨损而失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工艺简单、投资成本低、容易施工的耐磨损的超疏水涂层的制备方法。其技术内容为：
一种耐磨损的超疏水涂层的制备方法，其特征在于采用以下步骤：1）将炭黑与乙酸乙酯配制成炭黑质量含量为8%的混合液，再将混合液用胶体磨研磨分散30分钟，制备成均匀的炭黑分散液；2）将炭黑分散液、端羟基聚丁二烯、羟基硅油、甲苯二异氰酸酯以及溶剂于70℃进行预聚1小时合成含有炭黑的预聚体溶液；3）待预聚体溶液冷却至20℃，将硫化剂与预聚体溶液共混形成涂覆液；4）将涂覆液滴加在基体上涂平，于20～50℃固化，固化后在基体表面形成有序的微孔结构，即超疏水涂层。
所述的耐磨损的超疏水涂层的制备方法，步骤2）中，溶剂采用甲苯和乙酸乙酯中的一种或混合物；炭黑分散液、端羟基聚丁二烯、羟基硅油、甲苯二异氰酸酯和溶剂的加入量分别占上述原料总质量的1.84～5.88%、14.29～18.34%、2.14～2.96%、8.38～15.95%和61.12～71.44%。
所述的耐磨损的超疏水涂层的制备方法，步骤3）中，硫化剂采用3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺，硫化剂与预聚体溶液的质量比为1:9.85～21。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、所制备的超疏水涂层为聚氨酯弹性体与炭黑组成。由于弹性体是聚合物材料中力学性能独特的材料，相对于塑性材料与脆性材料，由弹性材料构建的超疏水表面在耐磨损性能方面更有优势：在遭受压力时，弹性微凸被挤入相邻的凹谷，在遭受剪切作用力时，弹性微凸会倒伏、填入相邻的凹谷，表面变成相对平滑、受力面积增加，在外力回撤后，弹性微凸通过弹性形变来恢复原有结构，使涂层具有良好的耐磨损性。按美国材料与试验协会标准ASTMD 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经2公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后。涂层与水静止接触角仍保持在150°以上。
2、本发明实施方法简便可行，工艺简单，生产成本低，可以加工大面积异形试件表面。
附图说明
图1是本发明实施例1超疏水涂层的涂覆过程图；
图2是本发明实施例1超疏水涂层的疏水效果图；
图3是本发明实施例1得到的超疏水涂层表面结构（其中A为磨损前；B为磨损后）。
图4是本发明实施例1得到的超疏水涂层上的水滴的形态（其中A为磨损前；B为磨损后）。
图5是本发明实施例2得到的超疏水涂层上的水滴的形态（其中A为磨损前；B为磨损后）。
图6是本发明实施例3得到的超疏水涂层上的水滴的形态（其中A为磨损前；B为磨损后）。
图7是本发明实施例4得到的超疏水涂层上的水滴的形态（其中A为磨损前；B为磨损后）。
具体实施方式
实施例一，技术方案为：
步骤1）、将炭黑与乙酸乙酯配制成炭黑质量含量为8%的混合液，再将混合液用胶体磨研磨分散30分钟，制备成均匀的炭黑分散液；
步骤2)、将3克端羟基聚丁二烯、0.45克羟基硅油、0.285克炭黑分散液和1.76克甲苯二异氰酸酯溶解于10克甲苯之中，加热至70℃预聚1小时,合成含有炭黑的预聚体溶液。
步骤3)、预聚体溶液冷却至20℃后，加入1克3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺，混合均匀形成涂覆液。
步骤4）、将涂覆液滴加在基体上，用脱脂棉或刷子涂平，于20℃固化8小时，即在基体表面形成有序的微孔结构，即超疏水涂层。
测试结果：该涂层水滴接触角为163°，按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经2公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角为152°。
实施例二，技术方案为：
步骤1）、步骤3）、步骤4）对应与实施例一的步骤1）、步骤3）、步骤4）相同，步骤2）为：将3克端羟基聚丁二烯、0.45克羟基硅油、1.235克炭黑分散液和1.76克甲苯二异氰酸酯溶解于15克乙酸乙酯之中，加热至70℃预聚1小时,合成含有炭黑的预聚体溶液。
测试结果：该涂层水滴接触角为161°，按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经2公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角为156°。
实施例三，技术方案为：
步骤1）、步骤3）、步骤4）对应与实施例一的步骤1）、步骤3）、步骤4）相同，步骤2）为：将3克端羟基聚丁二烯、0.45克羟基硅油、0.285克炭黑分散液和1.76克甲苯二异氰酸酯，溶解于5克甲苯与5克乙酸乙酯构成的混合物之中，加热至70℃预聚1小时,合成含有炭黑的预聚体溶液。
测试结果：该涂层水滴接触角为161°，按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经2公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角为158°。
实施例四，技术方案为：
步骤1）、步骤4）对应与实施例一的步骤1）、步骤4）相同；步骤2）为：将3克端羟基聚丁二烯、0.45克羟基硅油、0.301克炭黑分散液和2.61克甲苯二异氰酸酯，溶解于10克甲苯之中，加热至70℃预聚1小时,合成含有炭黑的预聚体溶液。步骤3)为：预聚体溶液冷却至20℃后，加入1.66克3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺，混合均匀形成涂覆液。
测试结果：该涂层水滴接触角为162°，按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经2公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角为158°。

Claims (1)

1.一种耐磨损的超疏水涂层的制备方法，其特征在于采用以下步骤：1)将炭黑与乙酸乙酯配制成炭黑质量含量为8％的混合液，再将混合液用胶体磨研磨分散30分钟，制备成均匀的炭黑分散液；2)将炭黑分散液、端羟基聚丁二烯、羟基硅油、甲苯二异氰酸酯以及溶剂于70℃进行预聚1小时合成含有炭黑的预聚体溶液，其中溶剂采用甲苯和乙酸乙酯中的一种或混合物；炭黑分散液、端羟基聚丁二烯、羟基硅油、甲苯二异氰酸酯和溶剂的加入量分别占上述原料总质量的1.84～5.88％、14.29～18.34％、2.14～2.96％、8.38～15.95％和61.12～71.44％；3)待预聚体溶液冷却至20℃，将硫化剂与预聚体溶液共混形成涂覆液，硫化剂采用3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺，硫化剂与预聚体溶液的质量比为1:9.85～21；4)将涂覆液滴加在基体上涂平，于20～50℃固化，固化后在基体表面形成有序的微孔结构，即超疏水涂层。
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