CN106700863A - 一种超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法以及应用，所述涂料，包括如下组分，醇酸清漆、疏水二氧化硅、氟化石墨、硬质聚氯乙烯或聚苯乙烯，且几者的质量比为(120～140):(70～90):(25～45):(9～15)；还包括溶剂，所述溶剂为稀释剂、二氯甲烷、四氯化碳以及苯乙烯，且几者的体积比为(3～8):(38～58):(11～17):(1～3)；且醇酸清漆的体积分数为1％～3％。本发明方法简单，成本较低，且在玻璃、铝板、PVC、UPVC基底上的附着力强。

Description

一种超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法及应用

技术领域

本发明属于涂料技术领域，尤其是涉及一种超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法及应用。

背景技术

目前，制备二氧化硅超疏水薄膜的主要方法：一种方法是将SiO₂颗粒与醇溶液混合搅拌，超声分散，调节酸碱度，获得胶体电泳液，再将电泳液沉积到玻璃衬底上，获得SiO₂薄膜，然后将带有SiO₂薄膜的玻璃放入低表能修饰剂中修饰，获得超疏水SiO₂薄膜。另一种方法采用粘结法将超疏水层的微米级粉粒和纳米级粉粒的混合粉粒嵌入基体表面的粘结层内，使超疏水层由相间排列并嵌入粘结层形成微米级凸起和纳米级凸起的的微米级和纳米级颗粒组成，制备微纳米超疏水结构，得到超疏水薄膜。

但是目前的超疏水膜的制备不利于大面积成膜，施工工艺存在困难；超疏水表面和涂层的微纳结构和表面能不易控制，均匀性和重现性差；滚动角大，水滴在表面难以快速自迁移。且膜在玻璃、铝板、PVC、UPVC基底上的附着力差，多数需要特殊设备、成本高、方案复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法及应用，以解决现有技术中的不足，本发明解决了现有技术不利于大面积成膜，施工工艺存在困难，且超疏水表面和涂层的微纳结构和表面能不易控制，均匀性和重现性差；滚动角大，水滴在表面难以快速自迁移等问题；同时本发明方法简单，成本较低，且在玻璃、铝板、PVC、UPVC基底上的附着力强。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种超疏水涂料，包括如下组分，醇酸清漆、疏水二氧化硅、氟化石墨、硬质聚氯乙烯或聚苯乙烯，且几者的质量比为(120～140):(70～90):(25～45):(9～15)，优选的，130:80:(25～45):12；

还包括溶剂，所述溶剂为稀释剂、二氯甲烷、四氯化碳以及苯乙烯，且几者的体积比为(3～8):(38～58):(11～17):(1～3)；优选的，5:(38～58):14:2；

且醇酸清漆的体积分数为1％～3％；优选的，体积分数为1.5％～2％。

优选的，所述醇酸清漆、疏水二氧化硅、氟化石墨、硬质聚氯乙烯或聚苯乙烯是以分散液的形式进行混合的形成的涂料，其中醇酸清漆分散液的体积分数为11％～17％的；疏水二氧化硅分散液的质量-体积浓度为40～48mg/mL；氟化石墨分散液的质量-体积浓度为5～15mg/mL；硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液的质量-体积浓度为15～25mg/mL。

优选的，醇酸清漆分散液的体积分数为14％的；疏水二氧化硅分散液的质量-体积浓度为44mg/mL；氟化石墨分散液的质量-体积浓度为10mg/mL；硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液的质量-体积浓度为20mg/mL。

优选的，所述醇酸清漆分散液的溶剂为稀释剂与二氯甲烷的混合溶剂，且两者的体积比为1:1～3:1；优选的，2:1；优选的，其配制方法为，将醇酸清漆加入混合溶剂中，超声清洗器超声10～15min，得到均匀的分散液。

优选的，所述疏水二氧化硅分散液的溶剂为四氯化碳与二氯甲烷的混合溶剂，且两者的体积比为5:2～9:2；优选的，7:2；优选的，其配制方法为，称取疏水二氧化硅粉在混合溶剂中超声分散10～15mim，得到稳定的无色透明的分散液。

优选的，所述氟化石墨分散液的溶剂以及所述硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液的溶剂均为二氯甲烷；优选的，所述E液为苯乙烯溶剂；优选的，所述氟化石墨分散液的配制方法为，称取硬质聚氯乙烯粉分散在二氯甲烷溶剂中，浸泡2天以上，超声清洗器超声25～35mim，得到均匀的分散液。

本发明同时提供一种如上所述的超疏水涂料在超疏水涂层制备中的应用。

本发明也提供一种如上所述的超疏水涂料在自洁净材料、空调压缩机铝材的抗结冰和UPVC管道减阻中的应用。

本发明还提供了一种超疏水涂层的制备方法，所述超疏水涂层的原料包括如权利要求1～5任一项所述的超疏水涂料；

制备方法包括如下步骤：

1)分别配制醇酸清漆分散液、疏水二氧化硅分散液、氟化石墨分散液、硬质聚氯乙烯分散液；

2)将步骤1)的四种分散液以及苯乙烯混合、超声分散均匀，得到混合溶液；

3)清理基底；

4)将处理好的基底浸入步骤2)制备好的混合溶液中，均匀地将基底提拉出来，通风处常温晾干；或者将步骤2)制备好的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的铝板上，通风处常温晾干。

优选的，所述基底为玻璃片、PVC板、PVC管、UPVC板、UPVC管或铝板中的一种。

相对于现有技术，本发明所述的超疏水涂料、超疏水涂层的制备方法及应用，具有以下优势：

1)将无机材料(氟化石墨粉、疏水二氧化硅)与高分子材料(醇酸清漆、UPVC等)有机结合在一起，制备了具有好的相溶性、超疏水性、易成膜性及耐磨性的准均相溶液，可实现常温大面积成膜，施工工艺简便；

(2)氟化石墨粉具有疏水性、化学稳定性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能，在涂层材料中引入氟元素和硅元素，可有效结合两者的优点，降低涂层的表面能和改善微纳结构，从而显著提高其疏水性能；

(3)选用的醇酸清漆本身具有粘附性，大大提高了涂层材料与基材之间的粘接性能，所制得产品耐久性更强；

(4)选用的硬质聚氯乙烯粉(UPVC)提高了材料的成膜性；

(5)利用合理的溶剂配比和沸点差，调节材料的相溶性、析出速率和相分布，形成具有快速自迁移性能的超疏水膜；

(6)本发明方法无需复杂的材料预修饰，只需要按配比简便混合即可使用，制备工艺简单，条件温和，采用浸渍提拉法即可实现在小面积板材料、管道上得到超疏水涂层，采用高压喷涂法可实现大面积板材料的喷涂，适合工业化生产。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例四中所制备的超疏水涂层的静态水接触角图(铝板)

图2是本发明实施例一中所制备的超疏水涂层的静态水接触角图(玻璃板)

图3是本发明实施例二中所制备的超疏水涂层的静态水接触角图(PVC板)

图4是本发明实施例三中所制备的超疏水涂层的静态水接触角图(UPVC板)

图5是本发明实施例四中所制备的超疏水涂层的实际效果图(铝板)

图6是本发明实施例一中所制备的超疏水涂层的实际效果图(玻璃板)

图7是本发明实施例二中所制备的超疏水涂层的实际效果图(PVC板)

图8是本发明实施例三中所制备的超疏水涂层的实际效果图(UPVC板)。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

一种超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤，

1.溶液的配制

A液：醇酸清漆加入混合溶剂(稀释剂(香蕉水)：二氯甲烷＝2:1，V/V)中，超声清洗器超声10～15mim，得到均匀的分散液，其中醇酸清漆的体积分数为14％；

B液：称取市售疏水二氧化硅粉在混合溶剂(四氯化碳：二氯甲烷＝7:2，V/V)中超声分散10～15mim，得到稳定的无色透明的分散液，其中二氧化硅的质量-体积浓度为44mg/mL；

C液：称取氟化石墨粉分散在二氯甲烷溶剂中，超声分散10～15min，得到稳定的悬浊液，其中氟化石墨粉的质量-体积浓度为10mg/mL；

D液：称取硬质聚氯乙烯粉(UPVC)分散在二氯甲烷溶剂中，浸泡2天以上，超声清洗器超声30mim，得到均匀的分散液，其中UPVC的质量-体积浓度为20mg/mL；

E液：苯乙烯溶剂

2.混合溶液的制备

将A液：B液：C液：D液：E液按照8.5:18:25:6:2的体积比量取五种溶液，混合、超声分散均匀，得到混合溶液。

3.玻璃片的处理

将玻璃片用无水乙醇浸泡半小时或用无水乙醇擦洗洁净、清水冲洗干净后，用去离子水冲洗数次，烘干备用。

4.制备超疏水涂层

将处理好的玻璃片浸入步骤2制备好的混合溶液中，均匀地将玻璃片提拉出来，通风处常温晾干。

可得到所需要的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于7度。如图2和图6所示。

实施例二

将实施例一，步骤2中，将A液：B液：C液：D液：E液按照8.5:18:30:6:2的体积比量取五种溶液，混合、超声分散均匀，得到混合溶液。

步骤3中的玻璃片替换为PVC板，其余操作均相同，可得到所需要的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于7度。如图3和图7所示。

实施例三

将实施例一，步骤2中，将A液：B液：C液：D液：E液按照8.5:18:40:6:2的体积比量取五种溶液，混合、超声分散均匀，得到混合溶液。

步骤3中的玻璃片替换为UPVC板；步骤4中，将制备好的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的UPVC板上，通风处常温晾干，其余操作均相同，可得到所需的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于7度。如图4和图8所示。

实施例四

步骤1、步骤2同实施例一，步骤3中使用铝板，铝板经过氢氧化钠溶液碱洗除去表面的氧化层，然后用钢刷将试样的结合面打亮，用丙酮浸泡半小时或用丙酮溶液擦洗除去表面油污，然后用无水乙醇擦洗表面洁净，晾干备用。

步骤4中，将制备好的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的铝板上，通风处常温晾干。可得到所需要的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于7度。如图1和图5所示。

实施例五

聚苯乙烯替代硬质聚氯乙烯粉(UPVC)超疏水涂层的制备，包括如下步骤：

1.溶液的配制

A液、B液、C液、E液配制方法如实施例一

F液：称取聚乙烯泡沫分散在四氢呋喃溶剂中，超声清洗器超声30mim，得到均匀的分散液，其中聚苯乙烯的质量-体积浓度为30mg/mL；

2.混合溶液的制备

将A液：B液：C液：E液：F液按照8.5:18:25:2:2的体积比量取五种溶液，混合、超声分散均匀，得到混合溶液。

步骤3中使用铝板，铝板经过氢氧化钠溶液碱洗除去表面的氧化层，然后用钢刷将试样的结合面打亮，用丙酮浸泡半小时或用丙酮溶液擦洗除去表面油污，然后用无水乙醇擦洗表面洁净，晾干备用。

步骤4中，将制备好的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的铝板上，通风处常温晾干。可得到所需要的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于7度。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超疏水涂料，其特征在于：包括如下组分，醇酸清漆、疏水二氧化硅、氟化石墨、硬质聚氯乙烯或聚苯乙烯，且几者的质量比为(120～140):(70～90):(25～45):(9～15)，优选的，130:80:(25～45):12；

还包括溶剂，所述溶剂为稀释剂、二氯甲烷、四氯化碳以及苯乙烯，且几者的体积比为(3～8):(38～58):(11～17):(1～3)；优选的，5:(38～58):14:2；

且醇酸清漆的体积分数为1％～3％；优选的，体积分数为1.5％～2％。

2.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于：所述醇酸清漆、疏水二氧化硅、氟化石墨、硬质聚氯乙烯或聚苯乙烯是以分散液的形式进行混合的形成的涂料，其中醇酸清漆分散液的体积分数为11％～17％的；疏水二氧化硅分散液的质量-体积浓度为40～48mg/mL；氟化石墨分散液的质量-体积浓度为5～15mg/mL；硬质聚氯乙烯分散液的质量-体积浓度为15～25mg/mL。

3.根据权利要求2所述的超疏水涂料，其特征在于：醇酸清漆分散液的体积分数为14％的；疏水二氧化硅分散液的质量-体积浓度为44mg/mL；氟化石墨分散液的质量-体积浓度为10mg/mL；硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液的质量-体积浓度为20mg/mL。

4.根据权利要求2或3所述的超疏水涂料，其特征在于：所述醇酸清漆分散液的溶剂为稀释剂与二氯甲烷的混合溶剂，且两者的体积比为1:1～3:1；优选的，2:1；优选的，其配制方法为，将醇酸清漆加入混合溶剂中，超声清洗器超声10～15mim，得到均匀的分散液。

5.根据权利要求2或3所述的超疏水涂料，其特征在于：所述疏水二氧化硅分散液的溶剂为四氯化碳与二氯甲烷的混合溶剂，且两者的体积比为5:2～9:2；优选的，7:2；优选的，其配制方法为，称取疏水二氧化硅粉在混合溶剂中超声分散10～15min，得到稳定的无色透明的分散液。

6.根据权利要求2或3所述的超疏水涂料，其特征在于：所述氟化石墨分散液的溶剂以及所述硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液的溶剂均为二氯甲烷；优选的，所述E液为苯乙烯溶剂；优选的，所述氟化石墨分散液的配制方法为，称取硬质聚氯乙烯粉分散在二氯甲烷溶剂中，浸泡2天以上，超声清洗器超声25～35mim，得到均匀的分散液。

7.如权利要求1～6任一项所述的超疏水涂料在超疏水涂层制备中的应用。

8.根据权利要求1～6任一项所述的超疏水涂料在自洁净材料、空调压缩机铝材的抗结冰和UPVC管道减阻中的应用。

9.一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述超疏水涂层的原料包括如权利要求1～5任一项所述的超疏水涂料；

制备方法包括如下步骤：

1)分别配制醇酸清漆分散液、疏水二氧化硅分散液、氟化石墨分散液、硬质聚氯乙烯分散液或聚苯乙烯分散液；

2)将步骤1)的四种分散液以及苯乙烯混合、超声分散均匀，得到混合溶液；

3)清理基底；

4)将处理好的基底浸入步骤2)制备好的混合溶液中，均匀地将基底提拉出来，通风处常温晾干；或者将步骤2)制备好的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的铝板上，通风处常温晾干。

10.根据权利要求7所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述基底为玻璃片、PVC板、PVC管、UPVC板、UPVC管或铝板中的一种。