CN107629492A - 一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏水涂层的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏水涂层的应用，所述超疏水涂料的制备方法包括如下步骤：向容器中一次性加入一定体积的溶剂，共溶剂，催化剂，然后以一定转速搅拌一段时间，再向其中先后加入一定体积的硅酸酯和含氟硅氧烷，在室温的条件下，继续反应一定时间，即得所述涂料。本发明所制备的超疏水涂料可以通过喷涂、蘸涂、浸涂等方法，用于玻璃，纸片，钢铁等不同的基底上，所制备的涂层在可见光的范围内，透过率达到92％以上。与现有技术相比，不仅所制备的涂层制备方法简单，成本低廉，有利于大规模工业化生产，所制备的涂层具有多种用途，如车窗玻璃，摩天大楼光幕，手机和电脑屏幕等，有很大的商业价值。

Description

一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏 水涂层的应用

技术领域

本发明涉及一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏水涂层的应用，属于疏水涂料技术领域。

背景技术

受到荷叶表面的自清洁效应的启发，越来越多的科学工作者利用仿生学原理来制备超疏水涂层。超疏水涂层由于具有自清洁，抗结冰，抗起雾等诸多优异性能而受到广泛关注。然而，涂层的透明与否对扩大超疏水涂层的应用范围起到重要作用。透明的超疏水涂层可以有更加广泛的应用场合，比如汽车挡风玻璃，手机和电脑屏幕等。超疏水涂层的制备一般都是通过结合粗糙度和低表面能这两方面的因素来制备的，然而在透明超疏水涂层的制备过程中，由于粗糙度会影响光散射，粗糙度越大，超疏水性能好，光散射强，透明度下降。因此。制备透明超疏水涂层最大的问题就是涂层的透明性和超疏水性能成反比，寻找透明度和超疏水之间的平衡成为技术关键。目前，科研工作者们制备超疏水涂层的方法一般为等离子腐蚀法、逐层叠加法、有机无机杂化法等，但这些方法操作过程比较复杂，实验条件苛刻，难以大规模生产。现有技术中也有超疏水纳米涂料的相关研究，如中国专利CN201510970396.7，但是其制备中硅酸酯是分两步加入，过程繁琐，所得纳米涂料粒径为400nm左右，且由其制得的涂层为不透明涂层。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种简单、方便、普适性的、可大面积制备的高透明的超疏水涂层的方法，找到了粗糙度与光散射之间的平衡。通过一步水解法获得了氟化的二氧化硅纳米粒子，粒径在10nm～60nm之间。制备的高透明的超疏水涂层可直接喷涂或者蘸涂到涂有自制底漆的基底上，修饰后的表面结构类似荷叶，具有很稳定的超疏水效果，其对水的接触角大于160°，滑动角小于5°，涂覆后的玻璃片在可见光的范围内，透过率高达92％，已经达到商业用途。

发明内容：本发明公开了一种超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

向容器中一次性加入一定体积的溶剂，共溶剂，催化剂，然后以一定转速搅拌一段时间，再向其中先后加入一定体积的硅酸酯和含氟硅氧烷，在室温的条件下，继续反应一定时间，即得所述涂料。

所述的溶剂为异丙醇、乙醇或者甲醇中的一种或几种。

所述的共溶剂为水。

所述的催化剂为氨水、氢氧化钠或盐酸中的一种或几种。

所述硅酸酯为正硅酸四乙酯、硅酸乙酯、正硅酸四丁酯中的一种或几种。

所述含氟硅氧烷为1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三异丙氧基硅烷中的一种或几种。

所述一定转速控制在120rad/min～240rad/min，搅拌一段时间为4-6min，继续反应一定时间为20-28h。

所述的溶剂、共溶剂、催化剂、硅酸酯、氟硅氧烷的体积比为60～100：2～6：2～6：0.2～1：0.02～0.05。

本发明还提供了上述制备方法所制成的涂料。

所述涂料可以用于制备高透明超疏水涂层，包括以下步骤：

首先，基底材料通过喷涂底漆进行预处理，以增强表面的粘附力，然后将所述涂料进行喷涂或者蘸涂到基底材料表面，室温下干燥，即得所述透明超疏水涂层。

所述底漆可以为丙烯酸树脂、醋酸树脂或者环氧树脂中的一种或几种。

所述基底材料可以为玻璃，纸片，钢铁等不同的基底材料。

相对于现有技术，本发明无需利用纳米中心核，仅需采用一步水解法即可制备到100nm以下的氟化纳米粒子，结合特定的原料比例和工艺条件，才能利用所得涂料，制成高透明的超疏水涂层。

技术效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术优势：

1、工艺简单，原料易得，成本低廉；

2、一步水解法制得的氟化的二氧化硅纳米粒子粒径小于60nm，所涂覆的玻璃的透过率在可见光的范围内高达92％，有很好的商业用途；

3、具有很强的普适性，适用于各种基底；

4、使所涂覆的物质表面同时具有自清洁，抗冰霜，抗结雾等优异性能；

5、机械强度大，附着力强，使用寿命长。

附图说明

图1：实施例1所获得的氟化的纳米粒子的TEM图(a,b分别为不同倍数下的TEM图)；

图2：实施例2所获得的涂有高透明的超疏水涂层的玻璃片上水的接触角；

图3：实施例3所获得的涂有高透明的超疏水涂层的玻璃片紫外可见光分析(a,b,c,d分别为纯玻璃、含水量为0mL、2mL、4mL)；

图4：实施例4所获得的涂有底漆的超疏水涂层的玻璃片的打磨示意图(a)和打磨曲线图(b)；

图5：实施例5所获得的超疏水涂层涂覆的不同底材上水的润湿情况(a：玻璃；b：PP膜；c：纸；d：铁片)。

具体实施方式

为了更好的理解和应用本发明，下面将结合实施例进一步阐释本发明的内容，但是本发明不仅仅局限于下面的实施例，任何对本发明的等价形式的更改都应当在本申请所列权利要求书限定范围内。

实施例1：

(1)在洁净的三口烧瓶中加入60mL的异丙醇，6mL去离子水，6mL氨水，磁力搅拌速度控制在120rad/min～180rad/min,在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入0.2mL正硅酸四乙酯和0.02mL的3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基三甲氧基硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在180rad/min～240rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂到洁净玻璃片上，真空60℃干燥5min,可获得透明的超疏水涂层。图1为(2)所获得纳米粒子悬浮液的TEM图，可见其粒径均小于100nm，大部分都在60nm以下。

实施例2：

(1)在洁净的三口烧瓶中加入80mL的乙醇，4mL去离子水，4mL盐酸，磁力搅拌速度控制在120rad/min～180rad/min,在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入1mL正硅酸四乙酯和0.05mL的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在180rad/min～240rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂到洁净玻璃片上，真空60℃干燥5min，可获得透明的超疏水涂层。图2为水滴在透明超疏水涂层的接触角，为163°。

实施例3：

(1)在洁净的三口烧瓶中加入100mL的甲醇，2mL去离子水，2mL氢氧化钠，磁力搅拌速度控制在120rad/min～180rad/min，在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入0.5mL硅酸乙酯和0.03mL的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在180rad/min～240rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂到洁净玻璃片上，真空60℃干燥5min，可获得透明的超疏水涂层。图3为不同含水量涂覆的玻璃的紫外可见光分析图(a纯玻璃；b含水量2mL；c 0mL；d 4mL)，与纯玻璃相比，b和c的可见光透过率均在90％以上，d的可见光透过率也超过87％。

实施例4：

(1)在洁净的三口烧瓶中加入60mL的甲醇，4mL去离子水，4mL盐酸，磁力搅拌速度控制在120rad/min～180rad/min,在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入1mL正硅酸四丁酯和0.05mL的1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在180rad/min～240rad/min。

(3)反应(2)结束后，在洁净的玻璃片上喷涂丙烯酸树脂，在真空干燥箱中60℃干燥5min，然后取(2)悬浮液喷涂在涂有底漆的玻璃片上，真空60℃干燥5min，即可获得耐磨的透明超疏水涂层。图4中，a为涂层的打磨示意图，图b为涂层的打磨曲线，粗糙砂纸打磨十次依然可以保持超疏水效果，涂层表面是坚固耐磨的。

实施例5：

(1)在洁净的三口烧瓶中加入80mL的乙醇，6mL去离子水，2mL氨水，磁力搅拌速度控制在120rad/min～180rad/min,在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入0.5mL正硅酸四丁酯和0.02mL的十七氟癸基三异丙氧基硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在180rad/min～240rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)悬浮液依次喷涂到不同的底材上，真空60℃干燥5min，可以获得不同底材上的透明超疏水涂层。图5分别为水在不同底材上的润湿情况(a玻璃，bPP膜；c纸；d铁片)，本发明涂层是普适性的，可适用于各种不同的基底。

本发明的一种高透明的超疏水涂层，通过一步法共水解硅酸酯和氟硅烷的混合物，得到小于60nm的氟化纳米粒子，使得涂层的玻璃在可见光的范围内的透过率高达92％。所制的的氟化纳米粒子分散液可以通过喷涂，蘸涂等方式涂覆到各种基底上，各种涂有透明超疏水涂料的底材都对水表现出优异的排斥力，水的接触角大于160°，滑动角小于5°。除此之外，在结合丙烯酸树脂或者环氧树脂等底漆后，涂层还表现出一定的耐磨性。总之，这种高透明的超疏水涂层，生产过程简单，成本低廉，应用范围广，很好的适应了商业发展需要和大规模工业化生产的需求。

Claims (10)

1.一种超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

向容器中一次性加入一定体积的溶剂，共溶剂，催化剂，然后以一定转速搅拌一段时间，再向其中先后加入一定体积的硅酸酯和含氟硅氧烷，在室温的条件下，继续反应一定时间，即得所述涂料。

2.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为异丙醇、乙醇或者甲醇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述的共溶剂为水。

4.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为氨水、氢氧化钠或盐酸中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述硅酸酯为正硅酸四乙酯、硅酸乙酯、正硅酸四丁酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述含氟硅氧烷为1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三异丙氧基硅烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述一定转速控制在120rad/min～240rad/min，搅拌一段时间为4-6min，继续反应一定时间为20-28h。

8.根据权利要求1所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂、共溶剂、催化剂、硅酸酯、氟硅氧烷的体积比为60～100：2～6：2～6：0.2～1：0.02～0.05。

9.权利要求1-8任一项所述超疏水涂料的制备方法所制成的涂料。

10.权利要求9所述涂料制备高透明超疏水涂层的应用，其特征在于，包括以下步骤：

首先，基底材料通过喷涂底漆进行预处理，以增强表面的粘附力，然后将所述涂料进行喷涂或者蘸涂到基底材料表面，室温下干燥，即得所述透明超疏水涂层。