CN107057562B - 一种pdms超疏水复合涂料及涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种PDMS超疏水复合涂料及涂层的制备方法，所述涂料包括如下组分，硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、固化剂，且几者的质量比为(16～24):(0.8～1.2):(0.8～1.2):(16～24):(1.5～2.5)；溶剂为有机溶剂，且所述硅藻土的浓度为90～130mg/mL。本发明提供的涂层，制备工艺简单，无需复杂的材料预修饰，只需要按配比混合并在50～70℃下固化后即可使用，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。

Description

一种PDMS超疏水复合涂料及涂层的制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其是涉及一种PDMS超疏水复合涂料及涂层的制备方法。
背景技术
目前，疏水涂料多采用二氧化硅为原料，但是现有的疏水涂料具有稳定性差、均匀性差，且大面积成膜困难，超疏水表面的微纳结构不易控制；同时现有的超疏水膜在UPVC基底上的附着力差，需要特殊的基底材料或者特殊设备才能实现，成本较高，工艺较为复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种PDMS超疏水复合涂料及涂层的制备方法，以克服现有技术的不足，提高稳定性，均匀性好，且在UPVC基底上的附着力好。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种PDMS超疏水复合涂料，包括如下组分，硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、固化剂，且几者的质量比为(16～24):(0.8～1.2):(0.8～1.2):(16～24):(1.5～2.5)；优选的，20:1:1:20:2；溶剂为有机溶剂，且所述硅藻土的浓度为90～130mg/mL；所述固化剂为(市售PDMS配套SYLGARD 184固化剂)。
优选的，溶剂包括四氢呋喃、二氯甲烷与乙醇，且几者的体积比为(5～9):(0.8～1.2):(0.8～1.2)；优选的，7:1:1。
优选的，所述硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷以分散液的形式进行混合，然后形成涂料，其中硅藻土分散液的质量体积浓度为180～220mg/mL；所述氟化石墨分散液的质量体积浓度为45～55mg/mL；所述聚酰胺分散液的质量体积浓度为45～55mg/mL；所述聚二甲基硅氧烷分散液的体积分数为45～55％。
优选的，所述硅藻土分散液的质量体积浓度为200mg/mL；所述氟化石墨分散液的质量体积浓度为50mg/mL；所述聚酰胺分散液的质量体积浓度为50mg/mL；所述聚二甲基硅氧烷分散液的体积分数为50％。
优选的，所述硅藻土分散液的溶剂为四氢呋喃与乙醇的混合液，且两者的体积比为3:1～5:1；所述氟化石墨分散液的溶剂为二氯甲烷；所述聚酰胺分散液以及聚二甲基硅氧烷分散液的溶剂均为四氢呋喃。
优选的，所述聚酰胺用相同质量浓度的聚碳酸酯或者疏水硅粉代替。
本发明还提供一种如上所述的PDMS超疏水复合涂料在超疏水涂层制备中的应用。
本发明还提供一种如上所述的PDMS超疏水复合涂料在自洁净材料和UPVC管道减阻中的应用。
本发明同时提供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上所述的PDMS超疏水复合涂料；
制备方法包括如下步骤：
1)分别配制硅藻土分散液、氟化石墨分散液、聚酰胺分散液、聚二甲基硅氧烷分散液；
2)量取步骤1)的各分散液，然后将各分散液与固化剂按比例混合，超声分散均匀，得到混合溶液；
3)将清洗干净的UPVC板/管浸入步骤2)制备的混合溶液中，均匀地UPVC板/管提拉出来，50～70℃恒温固化4～8小时；优选的，60℃固化6小时。
优选的，步骤3)用以下操作代替，将步骤2)制备的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的UPVC板/管上，50～70℃恒温固化4～8小时；优选的，60℃固化6小时。
选用的氟化石墨粉表面能低，层间键能也小，具有良好的热稳定性和化学稳定性，几乎在所有气氛中都能保持良好的润滑特性，可在高温、高压、高速、高负荷和腐蚀性介质等苛刻的条件下使用。
选用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)性能稳定，大大提高了涂层材料与基材之间的粘接性能，一次性固化，不放热，不会产生腐蚀，抗震且能减缓机械振动，使用温度范围广，所制得产品耐久性更强，长时间使用仍可保持很好的疏水性。
选用的硅藻土提高了材料的成膜性，并为其超疏水性提供所需粗糙度，而聚酰胺分子在硅藻土上的附着提供了粗糙硅藻土表面上的分级纳米纹理，这种微纳结构使其具有稳定的超疏水性。
相对于现有技术，本发明所述的PDMS超疏水复合涂料及涂层的制备方法，具有以下优势：
(1)在涂层材料同时引入氟元素和硅元素，可有效结合两者的优点，降低涂层的表面能并改善微纳结构，从而显著提高其疏水性能。
(2)将无机材料(氟化石墨粉、硅藻土)与高分子材料(聚酰胺、PDMS等)有机结合在一起，制备了具有良好的超疏水性、易成膜性的准均相溶液，可实现大面积成膜，施工工艺简便。
(3)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。
(4)本发明方法制备工艺简单，无需复杂的材料预修饰，只需要按配比混合并在50～70℃下固化后即可使用，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为本发明实施例一中提拉涂膜法所制备的超疏水涂层的静态水接触角图(UPVC板)；
图2为是本发明实施例一中提拉涂膜法所制备的超疏水涂层的实际效果图(UPVC板)。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
一种超疏水涂层，通过如下步骤制备而成，
1、配制溶液
A液：市售硅藻土研磨后加入到混合溶剂(四氢呋喃：乙醇＝4:1，V/V)中，充分振荡混匀，得到均匀的分散液，其中硅藻土的质量-体积浓度为200mg/mL；
B液：称取氟化石墨粉分散在二氯甲烷溶剂中，充分振荡混匀，得到稳定的悬浊液，其中氟化石墨粉的质量-体积浓度为50mg/mL；
C液：称取聚酰胺粉末溶于四氢呋喃溶液中，充分振荡混匀，得到均匀的分散液，其中聚酰胺的质量-体积浓度为50mg/mL；
D液：取聚二甲基硅氧烷(PDMS)分散在四氢呋喃溶剂(1:1，V/V)中，充分振荡混匀，分散1天以上，得到均匀的分散液，其中PDMS体积分数为50％；
E液：固化剂(市售PDMS配套SYLGARD 184固化剂)。
2、制备混合液
按照A液:B液:C液:D液:E液＝5:1:1:2:0.1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、UPVC板(管)的处理
UPVC板(管)用无水乙醇擦洗洁净，去离子水冲洗数次，烘干备用。
4、制备涂层
浸渍提拉法涂膜：将处理好的UPVC板(管)浸入步骤2制备好的混合溶液中，均匀地UPVC板(管)提拉出来，60℃恒温固化6小时。
常温高压喷涂法：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，60℃恒温固化6小时。
两种方法均可得到性能稳定的超疏水涂层，接触角均在150度以上，滚动角均小于10度，其中用提拉涂膜法所制备的超疏水涂层的静态水接触角如图1所示，实际效果如图2所示。
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 (11)

1.一种PDMS超疏水复合涂料，其特征在于：包括如下组分，硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、固化剂，且几者的质量比为(16～24):(0.8～1.2):(0.8～1.2):(16～24):(1.5～2.5)；溶剂为有机溶剂，且所述硅藻土的浓度为90～130mg/mL；且该复合涂料用于UPVC基底上；溶剂包括四氢呋喃、二氯甲烷与乙醇，且几者的体积比为(5～9):(0.8～1.2):(0.8～1.2)；所述硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷以分散液的形式进行混合，然后形成涂料，其中硅藻土分散液的质量体积浓度为180～220mg/mL；所述氟化石墨分散液的质量体积浓度为45～55mg/mL；所述聚酰胺分散液的质量体积浓度为45～55mg/mL；所述聚二甲基硅氧烷分散液的体积分数为45～55％。
2.根据权利要求1所述的PDMS超疏水复合涂料，其特征在于：硅藻土、氟化石墨、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、固化剂的质量比为20:1:1:20:2；溶剂包括四氢呋喃、二氯甲烷与乙醇，且几者的体积比为7:1:1。
3.根据权利要求1所述的PDMS超疏水复合涂料，其特征在于：所述硅藻土分散液的质量体积浓度为200mg/mL；所述氟化石墨分散液的质量体积浓度为50mg/mL；所述聚酰胺分散液的质量体积浓度为50mg/mL；所述聚二甲基硅氧烷分散液的体积分数为50％。
4.根据权利要求1所述的PDMS超疏水复合涂料，其特征在于：所述硅藻土分散液的溶剂为四氢呋喃与乙醇的混合液，且两者的体积比为3:1～5:1；所述氟化石墨分散液的溶剂为二氯甲烷；所述聚酰胺分散液以及聚二甲基硅氧烷分散液的溶剂均为四氢呋喃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的PDMS超疏水复合涂料，其特征在于：所述聚酰胺用相同质量浓度的聚碳酸酯或者疏水硅粉代替。
6.根据权利要求1～4任一项所述的PDMS超疏水复合涂料在超疏水涂层制备中的应用。
7.根据权利要求1～4任一项所述的PDMS超疏水复合涂料在自洁净材料和UPVC管道减阻中的应用。
8.一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1～4任一项所述的PDMS超疏水复合涂料；
制备方法包括如下步骤：
1)分别配制硅藻土分散液、氟化石墨分散液、聚酰胺分散液、聚二甲基硅氧烷分散液；
2)量取步骤1)的各分散液，然后将各分散液与固化剂按比例混合，超声分散均匀，得到混合溶液；
3)将清洗干净的UPVC板/管浸入步骤2)制备的混合溶液中，均匀地将UPVC板/管提拉出来，50～70℃恒温固化4～8小时。
9.根据权利要求8所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，将清洗干净的UPVC板/管浸入步骤2)制备的混合溶液中，均匀地将UPVC板/管提拉出来，60℃固化6小时。
10.根据权利要求8所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)用以下操作代替，将步骤2)制备的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的UPVC板/管上，50～70℃恒温固化4～8小时。
11.根据权利要求10所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，将步骤2)制备的混合溶液装在高压喷涂设备中，喷涂在处理好的UPVC板/管上，60℃固化6小时。
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