CN105385256A

CN105385256A - 超疏水涂料及其制备方法

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Publication number: CN105385256A
Application number: CN201510764404.2A
Authority: CN
Inventors: 彭超义; 吴彬瑞; 曾竟成; 王堋人; 杨孚标
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-03-09

Abstract

本发明公开了一种超疏水涂料及其制备方法，该超疏水涂料包括以下质量份的组分：2.5～9份的含氟树脂，2～7.5份的聚甲基丙烯酸甲酯，20～30份的无机微粒和60～70份的稀释剂。其制备方法包括以下步骤：将含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂混合，于60℃～80℃水浴条件下充分搅拌，加入无机微粒搅拌均匀，得到超疏水涂料。本发明的超疏水涂料具有良好的超疏水性能及耐磨性能，无需对材料表面或所用粒子进行修饰，其制备方法简单易实施。

Description

超疏水涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料的制备领域，具体涉及一种超疏水涂料及其制备方法。

背景技术

在过去的10多年里，接触角大于150°、滚动角小于10°的超疏水现象因其在自清洁、防冰、油水分离等领域的可应用性而引起了广泛关注。且研究表明，制备超疏水表面一定要满足两个条件：使用低表面能物质以及在材料表面构筑微纳二级结构。

目前制备超疏水表面的方法有溶胶-凝胶法、化学气相沉积、相分离、电沉积以及激光雕刻等，这些方法常常存在着制备麻烦，条件苛刻等缺点。使用微米或纳米粒径的粒子来提高疏水表面的粗糙度是一个行之有效的方法，常用的粒子有SiO₂、Fe₃O₄、ZnO等，但这些粒子为亲水性颗粒，不利于提高涂料的疏水性能。

在已知的大量方法中，耐磨性一直是制备超疏水涂料需要解决的问题。因此，发展一种具有良好疏水性能和耐磨性能的超疏水涂料具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种具有良好超疏水性能、较好耐磨性能、无需对材料表面或粒子进行修饰、制备简单的超疏水涂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种超疏水涂料，所述超疏水涂料包括以下质量份的组分：

含氟树脂2.5～9份，

聚甲基丙烯酸甲酯2～7.5份，

无机微粒20～30份，和

稀释剂60～70份。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述含氟树脂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1～2.5∶1。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述含氟树脂为聚偏氟乙烯树脂。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述无机微粒为CeO₂；所述无机微粒的平均粒径为1μm～10μm。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述稀释剂为N,N-二甲基甲酰胺。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述超疏水涂料中还包括碳纤维。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述碳纤维的质量为所述超疏水涂料总质量的1‰～4‰。

上述的超疏水涂料中，优选的，所述碳纤维为短切碳纤维；所述短切碳纤维的长度为1mm～5mm，更优选的，所述短切碳纤维的长度为1mm、3mm或5mm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：将含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂混合，于60℃～80℃水浴条件下充分搅拌，然后加入无机微粒搅拌均匀，得到超疏水涂料。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：将含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂混合，于60℃～80℃水浴条件下充分搅拌，然后加入无机微粒和碳纤维搅拌均匀，得到超疏水涂料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明提供了一种超疏水涂料，包括含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、无机微粒和稀释剂。将本发明的超疏水涂料涂覆于基底表面后，不仅具有良好的超疏水性能，而且无需使用低表面能物质进行表面修饰或对所使用粒子进行修饰。

2.本发明提供了一种超疏水涂料，包括含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、无机微粒、稀释剂和碳纤维，其中碳纤维因其极高的强度、模量以及其与树脂复合后对树脂基体的增强作用能够提高超疏水表面的耐磨性。本发明选用短切碳纤维来增强涂层，能有效地增强涂层的耐磨性能，同时能够保证涂层的接触角在较长时间内保持较高的水平。

3.本发明通过添加无机微粒来提高疏水表面的粗糙度，以获得超疏水表面，其中CeO₂微粒因具有较好的疏水性，更适合于制备超疏水表面。

4.本发明的制备方法具有简单易实施的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1中超疏水涂料所制备涂层试样的静态接触角观测图。

图2为本发明实施例1中超疏水涂料所制备涂层试样的SEM图（放大倍数为1000倍）。

图3为本发明实施例2中超疏水涂料所制备涂层试样的静态接触角观测图。

图4为本发明实施例2中超疏水涂料所制备涂层试样的SEM图（放大倍数为500倍）。

图5为本发明实施例1与实施例2所制备的超疏水涂料的涂层试样耐磨性能测试的示意图。

图6为本发明实施例1与实施例2所制备的超疏水涂料的涂层试样在不同测试时间内接触角的测试结果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的超疏水涂料，该超疏水涂料包括以下质量份的组分：7.5份聚偏氟乙烯树脂，5份聚甲基丙烯酸甲酯，60份N,N-二甲基甲酰胺，27.5份二氧化铈粒子，其中二氧化铈粒子的平均粒径为10μm。

一种上述本实施例的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：先将7.5份聚偏氟乙烯树脂、5份聚甲基丙烯酸甲酯、60份N,N-二甲基甲酰胺混合，在70℃水浴下搅拌使树脂充分溶解，得到混合树脂；然后加入二氧化铈粒子充分搅拌，得到超疏水涂料。

将上述制备得到的超疏水涂料涂覆于用砂纸（如400号砂纸）打磨后的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料基板上，在室温下放置4h使溶剂充分挥发，然后置于100℃下固化1小时，得到超疏水涂料的涂层试样。

图1为本实施例制备的超疏水涂料的涂层试样的静态接触角观测图。由图1可知，本实施例的超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为151°～154°，具有较好的超疏水性能。

图2为本实施例制备的超疏水涂料的涂层试样的扫描电镜图，放大倍数分别为1000倍。由图2可以看出，表面呈现出多孔结构及凸起结构，表面的规整性较好，且具有较高的粗糙度。

对比例1：

将7.5份聚偏氟乙烯树脂、5份聚甲基丙烯酸甲酯、60份稀释剂混合加热并充分搅拌得到混合树脂，然后将混合体系均匀涂至复合材料基板上。所得到的表面接触角为105°～115°。

对比例2：

将15份聚偏氟乙烯树脂、10份聚甲基丙烯酸甲酯、40份稀释剂混合加热并充分搅拌得到混合树脂，再加入10份二氧化铈粒子并搅拌，然后将混合体系均匀涂至复合材料基板上。在室温下放置4h使溶剂充分挥发，然后置于100℃下固化1小时。所得到的涂层出现表面蜷曲，脱粘等现象，无法形成较好的涂层。

实施例2：

一种本发明的超疏水涂料，该超疏水涂料包括以下质量份的组分：7.5份聚偏氟乙烯树脂，5份聚甲基丙烯酸甲酯，60份N,N-二甲基甲酰胺，27.5份二氧化铈粒子，占涂料总质量3‰的短切碳纤维，其中二氧化铈粒子的平均粒径为10μm，短切碳纤维的长度为3mm。

一种上述本实施例的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：先将7.5份聚偏氟乙烯树脂，5份聚甲基丙烯酸甲酯，60份N,N-二甲基甲酰胺混合，在70℃水浴下搅拌使树脂充分溶解，得到混合树脂；然后加入二氧化铈粒子以及短切碳纤维充分搅拌，得到超疏水涂料。

将上述制备得到的超疏水涂料涂覆于用砂纸打磨后的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料基板上，在室温下放置4h使溶剂充分挥发，然后置于100℃下固化1小时，得到超疏水涂料的涂层试样。

图3为本实施例制备的超疏水涂料的涂层试样的静态接触角观测图。由3图可知，本实施例的超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为152°～154°。

图4为本实施例制备的超疏水涂料的涂层试样的扫描电镜图，放大倍数分别为500倍。由图4可以看出，表面分布有较多的碳纤维，且呈现出多孔结构及凸起结构，表面的规整性较好，且具有较高的粗糙度。

将实施例1与实施2所制备的超疏水涂料的涂层试样经由落砂实验测试其耐磨性能。图5为实施例1与实施例2所制备的超疏水涂料的涂层试样耐磨性能测试的示意图，其中下落高度h为45cm，样品的倾斜角度为45°，石英砂的流量为0.6L/min。实施例1与实施例2所制备的超疏水涂料的涂层试样在不同测试时间内接触角的测试结果，如图6所示。从图6可以看出，相比于实施例1中未添加短切碳纤维的样品，实施例2中添加短切碳纤维的样品的接触角能在较长时间内保持较高的水平，这说明添加短切碳纤维样品的耐磨性有较大的提升。

实施例3：

一种本发明的超疏水涂料及其制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：所用基底为玻璃。所得超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为151°～154°。

实施例4：

一种本发明的超疏水涂料及其制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：所用基底为金属钢片。所得超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为150°～154°。

实施例5：

一种本发明的超疏水涂料及其制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：所用无机微粒为20份。所得超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为150°～153°。

实施例6：

一种本发明的超疏水涂料及其制备方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：所用稀释剂为65份。所得超疏水涂料的涂层表面与水的接触角为151°～154°。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种超疏水涂料，其特征在于，所述超疏水涂料包括以下质量份的组分：

含氟树脂2.5～9份，

聚甲基丙烯酸甲酯2～7.5份，

无机微粒20～30份，和

稀释剂60～70份。

2.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述含氟树脂与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1～2.5∶1。

3.根据权利要求2所述的超疏水涂料，其特征在于，所述含氟树脂为聚偏氟乙烯树脂。

4.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述无机微粒为CeO₂；所述无机微粒的平均粒径为1μm～10μm。

5.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述稀释剂为N,N-二甲基甲酰胺。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的超疏水涂料，其特征在于，所述超疏水涂料中还包括碳纤维。

7.根据权利要求6所述的超疏水涂料，其特征在于，所述碳纤维的质量为所述超疏水涂料总质量的1‰～4‰。

8.根据权利要求6所述的超疏水涂料，其特征在于，所述碳纤维为短切碳纤维；所述短切碳纤维的长度为1mm～5mm。

9.一种如权利要求1～5中任一项所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂混合，于60℃～80℃水浴条件下充分搅拌，然后加入无机微粒搅拌均匀，得到超疏水涂料。

10.一种如权利要求6～8中任一项所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和稀释剂混合，于60℃～80℃水浴条件下充分搅拌，然后加入无机微粒和碳纤维搅拌均匀，得到超疏水涂料。