CN103570251A - 一种绝缘超疏水涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘超疏水涂层的制备方法。该方法采用硅酮玻璃胶和聚偏氟乙烯的混合分散液在基底材料表面进行涂膜，并采用热处理的工艺使涂膜在基底材料表面固化，所得涂层表面接触角大于150°，具有良好的绝缘性，击穿电压大于15kV/mm。本方法所用工艺流程简单，生产效率高，生产成本低，重复性好，易于大规模生产，制得的涂层具有优良的超疏水性和绝缘性，适用于电子电路绝缘防水，手机绝缘防水，卫星天线绝缘防水，织物绝缘防水，家电绝缘防霜，建筑和输电线绝缘防冰凌等场合。

Description

一种绝缘超疏水涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘超疏水涂层的制备方法，确切的说是一种利用硅酮玻璃胶和聚偏氟乙烯的混合分散液和热处理制备绝缘超疏水涂层的方法。

背景技术

近年来，超疏水涂层引起了人们的普遍关注。如在自清洁材料、微流体和无损液体传输等领域都有广泛应用.超疏水涂层是指涂层表面与水的接触角＞150°的涂层。超疏水涂层在自然界中广泛存在，如蜻蜒翅膀、水黾的腿、荷叶等，它们均具有超疏水性和自清洁能力。大量的研究报道表明，此类超疏水涂层表面是由低表面能物质的微纳米级粗糙表面构成的。

绝缘超疏水涂层，不仅具备超疏水性，而且具有绝缘性，可以应用在电子电路绝缘防水，手机绝缘防水，卫星天线绝缘防水，织物绝缘防水，家电绝缘防霜，建筑和输电线绝缘防冰凌等场合，可以使雨水、雪水在涂层表面迅速凝聚成水滴，快速滚落并同时带走表面污染物，保持涂层表面的清洁，防止冰霜和冰凌的形成，并避免因水进入电子元件和电路引起的设备击穿或损坏，从而可以减少水、冰、霜对电气设备、建筑、织物的侵蚀与危害，改善绝缘性能，提高经济性和安全性。

国际上关于制备绝缘超疏水涂层的研究不多，相关专利也鲜有报道，到目前为止已有一些文献采用如下的制备方法：(1)杨泰生等在《Journal of Ceramics》杂志2007，28，294-297报道了采用溶胶凝胶法、酸碱不同催化溶胶相混合，经过热处理，在电瓷片表面制备了具有双重粗糙度的二氧化硅薄膜，然后用硅烷偶联剂化学气相修饰，在薄膜表面自组装一层硅烷偶联剂分子，得到绝缘超疏水薄膜；(2)杨洋等在《High Voltage Engineering》杂志2010，36，621-626报道了采用疏水改性的纳米SiO₂粒子通过环氧—氨基体系化学沉积到低表面能基片上构筑具有类似荷叶微纳米结构的表面，制备绝缘超疏水涂层；(3)美国发明专利US2010/0189925报道了将化学刻蚀的聚四氟乙烯应用于绝缘材料外层，制备稳定的绝缘超疏水表面。

以上所列的制备方法，普遍使用的原材料昂贵，操作条件苛刻，工艺设备复杂，能耗高企，生产效率偏低，极大地提高了生产成本，限制了它们的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简化绝缘超疏水涂层的制备方法，该超疏水涂层可应用于各种基体表面，解决制备工艺流程繁杂、生产效率低、生产成本高、所需设备昂贵的问题。

本发明目的技术方案是：一种绝缘超疏水涂层的制备方法，其特征在于先将聚偏氟乙烯粉体和硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底材料表面，涂层经热处理后即得绝缘超疏水涂层。

本发明所用的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃或乙醇，二甲苯沸点高不易去除，乙醇对硅酮玻璃胶的溶解能力不强，优选溶剂为四氢呋喃。

本发明所用的硅酮玻璃胶为中性和酸性硅酮玻璃胶，中性硅酮玻璃胶固化时间长，粘结力弱于酸性硅酮玻璃胶，故优选用酸性硅酮玻璃胶，其用量为有机溶剂质量的5～20％。硅酮玻璃胶用量太小，易造成分散液粘度低涂抹不均匀，用量太大，分散液粘度增大不利于疏水颗粒的分散，优选用量为5～10％。

本发明所用的聚偏氟乙烯粉体粒径在100纳米至1微米。粒径过小聚偏氟乙烯粉体容易团聚，粒径过大则聚偏氟乙烯粉体影响涂层的透光性，优选粒径为200纳米至800纳米，用量为硅酮玻璃胶质量的10～50％。用量太小，容易导致颗粒分布稀疏疏水效果差，用量太大，容易影响涂层的透光性，优选用量为10～35％。

本发明所用的热处理温度为70～300℃，热处理温度高，容易造成聚偏氟乙烯熔融降低涂层的耐磨性，热处理温度低则不利于涂层快速制备，优选热处理温度为100～250℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)采用本发明的方法，工艺设备简单，重复性好，所用原料易得，生产成本低；

(2)通过本发明方法制备的超疏水涂层，表面水接触角大于150°，水滴在其表面极易滚动滑落并带走表面的灰尘，从而保持涂层表面的清洁，同时防止冰霜和冰凌的形成；

(3)通过本发明制备的绝缘超疏水涂层，具备良好的绝缘性能，击穿电压大于15kV/mm；

(4)本发明方法制备的绝缘超疏水涂层，可用于电子电路绝缘防水，手机绝缘防水，卫星天线绝缘防水，织物绝缘防水，家电绝缘防霜，建筑和输电线绝缘防冰凌等场合。

附图说明

图1是实施例1所得的绝缘超疏水涂层表面的扫描电镜图；

图2是实施例1所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图3是实施例2所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图4是实施例3所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图5是实施例4所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图6是实施例5所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图7是实施例6所得的绝缘超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图8是典型的绝缘超疏水涂层的对容量为4G的现代U盘电路板防水绝缘封装性能示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

扫描电镜照片由JEOL JSM-6390LV型扫描电镜测得。

接触角数据由承德鼎盛JY-82型接触角仪测得。

绝缘性能由美国MEGGER 30kV高压绝缘测试仪MIT30测得。

实施例1

将1.10克酸性硅酮玻璃胶溶于15.71克四氢呋喃中，完全溶解后加入0.44克250纳米粒径的聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在150℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层。如附图1涂层表面的扫描电镜照片所示，涂层表面由250纳米左右的颗粒构造得到一定的粗糙度，其水接触角达到161°，如附图2所示。由于涂层表面硅酮玻璃胶和聚偏氟乙烯具有良好的耐高压性能，测得该涂层的击穿电压为19kV/mm，因此该涂层具有良好的绝缘性能。

实施例2

将1.14克酸性硅酮玻璃胶溶于11.40克四氢呋喃中，完全溶解后加入0.399克1纳米粒径的聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在100℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层，其水接触角达到159°，如附图3所示。同时该涂层具有良好的绝缘性能，击穿电压达到18kV/mm。

实施例3

将1.02克酸性硅酮玻璃胶溶于14.57克二甲苯中，完全溶解后加入0.36克100微米粒径的聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在70℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层，其水接触角达到150°，如附图4所示。同时该涂层具有良好的绝缘性能，击穿电压达到17kV/mm。

实施例4

将1.16克酸性硅酮玻璃胶溶于5.80克乙醇中，完全溶解后加入0.58克1微米粒径的聚偏氟乙烯粉体聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在200℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层，其水接触角达到152°，如附图5所示。同时该涂层具有良好的绝缘性能，击穿电压达到16kV/mm。

实施例5

将1.02克中性硅酮玻璃胶溶于20.40克四氢呋喃中，完全溶解后加入0.102克10纳米粒径的聚偏氟乙烯粉体聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在250℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层，其水接触角达到152°，如附图6所示。同时该涂层具有良好的绝缘性能，击穿电压达到20kV/mm。

实施例6

将0.93克中性硅酮玻璃胶溶于6.20克二甲苯中，完全溶解后加入0.19克10微米粒径的聚偏氟乙烯粉体聚偏氟乙烯粉体，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂层在300℃烘箱中静置烘干，既得超疏水涂层，其水接触角达到150°，如附图7所示。同时该涂层具有良好的绝缘性能，击穿电压达到19kV/mm。

Claims (6)

1.一种绝缘超疏水涂层的制备方法，其特征在于先将聚偏氟乙烯粉体和硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，充分搅拌，制成混合分散液，再将分散液均匀的涂抹于基底材料表面，涂层经热处理后即得绝缘超疏水涂层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃或乙醇。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的硅酮玻璃胶为酸性或中性，用量为有机溶剂质量的5～20％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的聚偏氟乙烯粉体粒径在1纳米至100微米，用量为硅酮玻璃胶质量的10～50％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于热处理温度为70～300℃。

6.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于最优工艺条件为：硅酮玻璃胶的用量为有机溶剂用量的5～10％，聚偏氟乙烯粉体用量为硅酮玻璃胶用量的10～35％，热处理温度为100～250℃。

Images