CN104046217B - 一种具有较高强度的超疏水涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有较高强度的超疏水涂层的制备方法，将纳米颗粒或纳米微米混合颗粒溶于有机溶剂，用含低表面能官能团的物质和硅烷偶联剂在催化剂作用下对颗粒进行低表面能处理；将丙烯酸树脂溶于有机溶剂，再加入处理过的颗粒，在固化剂作用下混合搅拌分散均匀后进行喷涂制得超疏水涂层。本发明利用常用的氟树脂等低表面能物质通过修补组分中各物质未完成的亲水基团来进一步提高超疏水性能，同时氟树脂可以修饰如二氧化硅的单分子来增加超疏水性能的耐久性，采用力学性能高、附着力好、耐候较好的丙烯酸酯树脂作为基体树脂，然后把经过化学修饰的颗粒结合到基体树脂上，得到具有较好的机械强度的涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米涂层的制备方法，更具体涉及一种高强度超疏水的纳米涂层的制备方法。
背景技术
超疏水表面是指基底材料对水的静态接触角大于150°且滚动角小于10°的表面，在自然界中广泛存在这种表面现象，如荷花的叶、水黾的腿等，它们均表现超疏水性，对污垢灰尘具有很强的自清洁能力。自从1996年日本花王株式会社首次制备得到超疏水表面以来，该项技术不断被报道，特别是近十年来，超疏水技术的研究性报道呈现突飞猛进，大量研究文献在国外重要期刊等上报道，但是机械强度达到使用价值的超疏水涂层目前全世界仅有个别实验室正在开发，但是都没有推出相关的产品。
发明内容
本发明开发一种具有超疏水自清洁功能而且机械强度达到实用涂层的国家标准的纳米涂层。
本发明提供一种具有较高强度的超疏水涂层的制备方法，
步骤1：将纳米颗粒或纳米与微米的混合颗粒溶于有机溶剂，用含低表面能官能团的物质和硅烷偶联剂在催化剂作用下对纳米颗粒或纳米与微米的混合颗粒进行低表面能处理；
步骤2：将丙烯酸树脂或饱和聚酯树脂溶于有机溶剂，再加入步骤1所得的颗粒，在固化剂作用下混合搅拌分散均匀后进行喷涂制得超疏水涂层。
在一些实施方式中，纳米颗粒的粒径在30nm～1um之间，微米颗粒的粒径为100nm～10um。
在一些实施方式中，含低表面能官能团的物质选用氟树脂或/和氟碳树脂。
在一些实施方式中，固化剂选用异氰酸酯和氨基树脂。
在一些实施方式中，固化剂异氰酸酯与丙烯酸树脂的质量比为1:5～2:5，固化剂氨基树脂与饱和聚酯树脂的质量比为1:5～2:5
在一些实施方式中，步骤1和步骤2中选用的溶剂为常规的单种有机溶剂或混合有机溶剂。
本发明利用常用的氟树脂等低表面能物质通过修补组分中各物质上没有反应的亲水基团来进一步提高超疏水性能，同时氟树脂可以修饰如二氧化硅小分子来增加超疏水性能的耐久性，采用力学性能高、附着力好、耐候较的丙烯酸酯树脂或饱和聚酯树脂作为基体树脂，然后把经过低表面能的氟树脂化学修饰的纳米微米颗粒结合到基体树脂上，得到具有较好的机械强度的超疏水涂层。
二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～100nm,微米颗粒的粒径为100nm～10um。若二氧化硅纳米颗粒粒径太小，制得到的超疏水涂层的超疏水性能小；若二氧化硅纳米颗粒的粒径太大，则二氧化硅纳米颗粒的分散性较小，制得的超疏水涂层的机械强度较小。
附图说明
图1是本发明一实施方式的一种具有较高强度的超疏水涂层的TEM电镜照片。
图2是本发明一实施方式的一种具有较高强度的超疏水涂层的接触角照片。
具体实施方式
实施例1
在单口烧瓶中加入5g的二氧化硅纳米颗粒，粒径为30nm，0.48g的硅烷偶联剂四乙氧基硅烷，11.2g含低表面能官能团的氟碳树脂广州氟缘硅公司的FY-F534，0.3g的硅烷偶联剂十二烷基硅烷和5.2g嘉兴凯瑞公司的氟树脂CC2-2分散于75.17g的溶剂乙酸丁酯中。溶剂为常规单种溶剂或混合溶剂，本实施例中选用乙酸丁酯。加入0.05g催化剂二丁基二月桂酸锡，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的二氧化硅纳米颗粒溶胶。
取10g经过修饰的纳米颗粒溶胶和2.89g含有羟基的丙烯酸树脂立骅集团的A-851在30℃下搅拌均匀，取0.77g固化剂异氰酸酯拜耳N3390混合，再加入0.28g防沉剂BYK公司的BYK-410、0.06g消泡剂BYK公司的BYK-141，继续搅拌2小时后喷涂，所得涂层常温固化2天，得到超疏水涂层。超疏水涂层的透射电子显微镜TEM照片如图1所示，从图1中看出，涂层具有空隙并且表面比较粗糙，涂层的超疏水性能较好。其超疏水静态接触性能如图2所示，制得涂层的静态接触角为152°，本方法可以制备双组份室温固化聚氨酯涂料。
所得超疏水涂膜经过检测，达到性能指标如表1所示。
表1涂层的性能指标
实施例2
在单口烧瓶中加入5g二氧化硅纳米颗粒，粒径为30nm，0.45g硅烷偶联剂甲基三乙氧基硅烷，12.84g含低表面能官能团的嘉兴凯瑞公司的氟树脂CC1-1，5.76g含有低表面官能团的中化太仓的氟树脂分散于75g的溶剂中，溶剂为常规的单种溶剂或混合溶剂，本实施例选用乙酸丁酯和二甲苯的混合物，加入0.05g催化剂二丁基二月桂酸锡，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的二氧化硅溶胶。
在单口烧瓶中加入5.07g微米级的粘土颗粒，粒径为1～2um，12.5g嘉兴凯瑞公司的氟树脂CC1-1，5.6g含有中化太仓的氟树脂分散于75g的乙酸丁酯和二甲苯的混合溶剂中，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的粘土悬浮液。
取上述二氧化硅溶胶7.0g，粘土悬浮液3.8g和2.85g含有羟基的丙烯酸树脂立骅集团的A-851在30℃下搅拌均匀，取0.76g固化剂异氰酸酯拜耳N3390混合，再加入0.28g防沉剂BYK公司的BYK-410、0.06g消泡剂BYK公司的BYK-141，继续搅拌2小时后喷涂，所得涂层常温固化2天，得到超疏水涂层。
所得超疏水涂膜经过检测，达到性能指标如表2所示。
表2涂层的性能指标
实施例3
在单口烧瓶中加入5g的二氧化硅纳米颗粒，粒径为30nm，0.5g的硅烷偶联剂四乙氧基硅烷，12g含低表面能官能团的嘉兴凯瑞公司的氟碳树脂CC1-1，0.3g的硅烷偶联剂十二烷基硅烷和5.5g嘉兴凯瑞公司的氟碳树脂CC2-2分散于75.17g的溶剂中。溶剂为常规单种溶剂或混合溶剂，本实施例中选用乙酸丁酯。加入0.05g催化剂二丁基二月桂酸锡，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的二氧化硅纳米颗粒溶胶。
取上述二氧化硅溶胶10g和2.9g含有三木集团的饱和聚酯树脂327C在30℃下搅拌均匀，取0.75g固化剂三木集团的氨基树脂5717混合，再加入0.28BYK公司的防沉剂BYK-410，0.06gBYK公司的消泡剂BYK-141，继续搅拌2小时后喷涂，所得涂层100℃固化2小时，得到超疏水涂层，本方法可以制备得单组份超疏水氨基树脂涂料。
所得超疏水涂膜经过检测，达到性能指标如表3所示。
表3涂层的性能指标
实施例4
在单口烧瓶中加入5.07g二氧化硅纳米颗粒，粒径为30nm，0.4g硅烷偶联剂甲基三乙氧基硅烷，12.04g含低表面能官能团的氟碳树脂广州氟缘硅公司的FY-F534，5.26g含有低表面官能团的中化太仓的氟树脂分散于75g的溶剂中，溶剂为常规的单种溶剂或混合溶剂，本实施例选用乙酸丁酯和二甲苯的混合物，加入0.05g催化剂二丁基二月桂酸锡，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的二氧化硅溶胶。
在单口烧瓶中加入5.02g微米级的粘土颗粒，粒径为1～2um，12.05g氟碳树脂广州氟缘硅公司的FY-F534，5.26g含有中化太仓的氟树脂分散于75.00g的乙酸丁酯和二甲苯的混合溶剂中，在25℃的室温下搅拌4小时，通过缩合反应在纳米颗粒表面修饰上低表面能官能团，得到超疏水的粘土悬浮液。
取上述二氧化硅溶胶7.0g，粘土悬浮液3.8g和2.78g含有三木集团的饱和聚酯树脂327C在30℃下搅拌均匀，取0.75g固化剂三木集团的氨基树脂5386混合，再加入0.28BYK公司的防沉剂BYK-410，0.06gBYK公司的消泡剂BYK-141，继续搅拌2小时后喷涂，所得涂层100℃固化2小时，得到超疏水涂层，本方法可以制备得单组份超疏水氨基树脂涂料。
所得超疏水涂膜经过检测，达到性能指标如表4所示。
表4涂层的性能指标
Claims (2)
1.一种具有较高强度的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，
步骤1：将纳米颗粒或纳米与微米的混合颗粒溶于有机溶剂，用含低表面能官能团的物质和硅烷偶联剂共同在催化剂作用下对纳米或纳米与微米的混合颗粒进行低表面能处理，所述纳米颗粒的粒径为100nm，所述微米颗粒的粒径为100nm～10um，所述含低表面能官能团的物质选用氟碳树脂；
步骤2：将丙烯酸树脂或饱和聚酯树脂溶于有机溶剂，再加入步骤1所得的颗粒，在固化剂作用下混合搅拌分散后进行喷涂制得超疏水涂层；
所述固化剂选用异氰酸酯或氨基树脂；
所述固化剂异氰酸酯与丙烯酸树脂的质量比为1:5～2:5，所述固化剂氨基树脂与所述饱和聚酯树脂的质量比为1:5～2:5。
2.根据权利要求1所述的一种具有较高强度的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中选用的溶剂为常规的单种有机溶剂或混合有机溶剂。
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