CN105295655A - 一种超疏水性能可修复的水性涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为：水性基体树脂10-95%、能产生微纳结构的填料3-80%以及包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%。该发明还公开了该涂层材料的制备方法。本发明采用产生微纳结构的填料、低表面能物质和多巴胺盐酸盐加入Tris-HCl溶液中，搅拌、过滤、洗涤，制备填料/低表面能物质复合物，将上述填料/低表面能物质复合物与水性基体树脂混合即得涂层材料。该涂层具有超疏水性及超疏水自修复性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有超疏水性能可修复的水性涂层材料，同时还涉及该涂层材料的制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
超疏水涂层被广泛应用于材料表面的自清洁保护，其自清洁性能是由基于微纳结构和低表面能的协同作用来实现。微纳结构的构筑工艺复杂，限制了其大规模的应用；涂层在使用过程中表面的低表面能物质发生损耗，降低了其超疏水效果，导致材料失去自清洁性能；随着更环保的水性涂料的快速发展，超疏水性能在水性涂层中的应用不断增加。在现有技术中，通过简化微纳结构的制备过程来增强其实际应用性；对于低表面能物质的损耗则采用在涂层中加入低表面能物质的方法。当表面的低表面能物质损耗后，涂层中负载的低表面能物质逐渐迁移到表面，恢复表面的超疏水效果，从而使涂层的自清洁性能得到修复。但是这些技术中的微纳结构的构筑仍较复杂，且主要用于溶剂型涂层中。因此，研究制备工艺简单、超疏水性能可自修复的水性涂层材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种超疏水性能可修复的水性涂层材料及其制备方法。
一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，其特征在于该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为：水性基体树脂10-95%、能产生微纳结构的填料3-80%以及包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%。
所述水性基体树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂或水性丙烯酸树脂。
所述能产生微纳结构的填料为碳纳米管或坡缕石。
所述低表面能物质为十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷或聚硅烷。
一种超疏水性能可修复的水性涂层材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）将能产生微纳结构的填料、低表面能物质加入到多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液中，搅拌、过滤、洗涤，即得填料/低表面能物质复合物；
2）将上述填料/低表面能物质复合物与水性基体树脂混合即得超疏水性能可修复的水性涂层材料。
所述多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液的浓度为0.01-10mg/ml。
所述Tris-HCl溶液的PH值为8.3-8.6。
本发明采用将填料、低表面能物质和多巴胺盐酸盐在Tris-HCl溶液中共混，利用聚多巴胺的粘附性对低表面能物质进行包覆、粘结在填料表面，形成填料/低表面能物质复合物，将该填料/低表面能物质复合物与水性基体树脂共混即得超疏水性可修复的水性涂层材料。该涂层制备工艺简单，可大面积实施。涂层表面的低表面能物质损失后，聚多巴胺胶囊包覆的低表面能物质在改变温度的条件下可以从胶囊中向外迁移，从而使涂层表面重新被低表面能物质修饰，恢复涂层的超疏水性能。
经测试，所得超疏水涂层对水的静态接触角大于150°；涂层经过氧气等离子体处理后，在100℃下表面超疏水状态的恢复（静态接触角大于150°）时间不大于4h，在20℃下表面超疏水状态的恢复时间不大于48h；温度在20~100℃之间时，涂层表面超疏水状态的恢复时间少于48h；可恢复次数大于10次。该超疏水涂料可用于玻璃、陶瓷、金属、水泥、塑料及纸张制品表面从而形成具有超疏水自修复性的涂层以实现自清洁及自清洁修复功能。
附图说明
图1是水对2#样品表面的静态接触角测试结果。
图2是2#样品涂层的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，该材料由质量分数为95%的水性聚氨酯树脂、3%的坡缕石和2%包覆十八胺的聚多巴胺胶囊组成。
上述涂层材料通过下述方法制得：
（1）将坡缕石、十八胺加入到多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液中，Tris-HCl溶液的PH值为8.3，多巴胺盐酸盐的浓度为0.01mg/ml，搅拌12h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得坡缕石/十八胺复合物；
（2）将坡缕石/十八胺复合物与水性聚氨酯混合均匀即得涂层材料，加入固化剂，喷涂于基材上，即得1#样品。
上述超疏水可修复性涂层材料表面的十八胺经等离子体处理5s后，在20℃下放置48h，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
实施例2
一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，其特征在于该材料由质量分数为80%的水性环氧基体树脂、15%的碳纳米管和0.5%包覆全氟辛醇的聚多巴胺胶囊组成。
上述水性涂层材料通过下述方法制得：
（1）将碳纳米管、全氟辛醇加入到多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液中，Tris-HCl溶液PH值为8.5，多巴胺盐酸盐的浓度为1mg/ml，搅拌12h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳纳米管/全氟辛醇复合物；
（2）将碳纳米管/全氟辛醇复合物与水性环氧树脂混合均匀即得涂层材料，喷涂于基材上，即得2#样品。
上述超疏水可修复性涂层材料表面的全氟辛醇经等离子体处理10s后，在70℃下放置5h，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
实施例3
一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，其特征在于该材料由质量分数为10%的水性丙烯酸基体树脂、70%的碳纳米管和20%包覆全氟辛酸的聚多巴胺胶囊组成。
上述水性涂层材料通过下述方法制得：
（1）将碳纳米管、全氟辛酸加入到多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液中，Tris-HCl溶液PH值为8.6，多巴胺盐酸盐的浓度为10mg/ml，搅拌12h，过滤，水洗，乙醇洗，真空干燥，得碳纳米管/全氟辛酸复合物；
（2）将碳纳米管/全氟辛酸复合物与水性丙烯酸树脂混合均匀即得涂层材料，喷涂于基材上，即得3#样品。
上述超疏水可修复性涂层材料表面的全氟辛酸经等离子体处理60s后，在100℃下放置4h，即得修复的超疏水涂层，经过等离子体处理/修复10个循环后，涂层表面依然为超疏水状态。
Claims (7)
1.一种超疏水性能可修复的水性涂层材料，其特征在于该材料所包含的组分及各组分在材料中所占的质量百分比为：水性基体树脂10-95%、能产生微纳结构的填料3-80%以及包覆低表面能物质的聚多巴胺胶囊0.5-20%。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述水性基体树脂为水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂或水性丙烯酸树脂。
3.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述能产生微纳结构的填料为碳纳米管或坡缕石。
4.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述低表面能物质为十八胺、硬脂酸、全氟辛酸、全氟己基乙醇、全氟辛基乙醇、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷或聚硅烷。
5.如权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）将能产生微纳结构的填料、低表面能物质加入到多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液中，搅拌、过滤、洗涤，即得填料/低表面能物质复合物；
2）将上述填料/低表面能物质复合物与水性基体树脂混合即得超疏水性能可修复的水性涂层材料。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述多巴胺盐酸盐的Tris-HCl溶液的浓度为0.01-10mg/ml。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述Tris-HCl溶液的PH值为8.3-8.6。
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