CN107880727A - 一种环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法 - Google Patents

一种环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于透明超疏水涂料制备技术领域，特别涉及在各种基底上制备耐磨性超疏水涂料的方法。本发明包括了有机‑无机复合胶体的制备、疏水物质修饰、超疏水涂料制备、涂料涂覆等步骤。各种被涂覆过的基底其对水的接触角均大于150°，滚动角小于10°。而且，涂覆后所得的涂层对基底原貌没有影响，并可经受不少于50次的摩擦。同时本涂料的超疏水性展现了极强的热稳定性，时间稳定性，抗结冰，阻燃性及耐磨性，其功能化特性不易被轻易破坏。本发明制备工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备，适用于日常生活及环境极端恶劣的条件下的应用涂料领域。

Description

一种环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法
技术领域
本发明属于透明超疏水涂料制备技术领域，特别涉及制备耐磨性超疏水，其功能化特征可在正常环境中保持较长时间(大于35天)，并具有一定的热稳定性(小于120℃)可适用于各种基底的涂料的方法。
背景技术
超疏水现象在自然界存在广泛，如荷叶表面、蝴蝶翅膀、水黾腿等。超疏水表面一般指材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特优异的表面性能：疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等特性，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。
高粘附力的耐磨性超疏水涂层，具有良好的机械强度和疏水性，可以将其应用于各种生活用品中，可以作为墙壁涂料，汽车、飞机、航天器等外壳涂料，当雨水落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在涂料上，同时带走涂料表面上大量的灰尘。超疏水涂料在室外面临最大的困难之一是机械磨损。而耐磨性超疏水涂层可以在一定的摩擦范围内维持其超疏水性。其可应用与城市高层建筑中，使其保持干净，并减少雨水对于材料的腐蚀，并可减少对其表面的清洁次数，降低清洁费用和避免了高空作业的危险。另一方面，高粘附力的耐磨性超疏水涂层往往具有更长的使用寿命以及更广的应用空间，并具有多种性质，比如抗结冰性及阻燃性，可适用于日常多种环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便、环保的制备高粘附力的耐磨性超疏水涂料的方法，解决高粘附力的耐磨性超疏水涂层生产成本高、机械强度弱、使用寿命短、应用范围窄等问题。利用简单易行的涂覆方法将三维网络状的有机-无机复合超疏水涂料涂覆到各种干净基底上。修饰后的表面接触角均大于150°，并具有较好的时间稳定性，热稳定性，耐磨性，抗结冰性，阻燃性及超疏水性。
实现本发明目的的技术方案是：一种环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.有机-无机复合胶体的制备：将环氧树脂及固化剂溶于乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液，加入一定量硅酸酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入一定量催化剂，将溶液pH值调至5左右，搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液；
B.疏水物质修饰：向步骤A中获得的胶体溶液中加入一定量的硅甲基修饰剂，加入氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液；
C.超疏水涂料制备：将步骤B中获得的胶体溶液进行PH值调控，调至PH值为7，从而完成超疏水涂料的制备。
进一步地，步骤A中，所述环氧树脂及固化剂的质量比为3:1。
进一步地，步骤A中，所述催化剂的类型为盐酸。
进一步地，步骤A中，所述硅酸酯为正硅酸乙酯。
进一步地，步骤A中，所述有机-无机复合胶体的形貌为三维，粒径为～100nm。
进一步地，步骤B中，所述硅甲基修饰剂与硅酸酯体积比为1：1。
进一步地，步骤B中，所述硅甲基修饰剂为六甲基二硅胺烷。
一种所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的应用，其特征在于，将步骤C中获得的超疏水涂料转移至瓶中储存，涂覆于干净的基底上，一次或多次，室温下晾干即可，从而在基底上得到环保型高粘附力耐磨性超疏水涂层，所述基底包括纸、织物、金属、建材、玻璃、木头、塑料。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉。
2.制备的透明超疏水表面，接触角大于150°，滚动角小于10°，适用于各种干净基底。
3.在基底上，其功能化特征(超疏水性)可在正常环境中保持较长时间(大于35天)
4.可涂覆于各种基底上。
5.具有良好的耐磨性，并具有抗结冰及阻燃性，应用范围广，可应对极端工作环境。
6.机械强度大，附着力强，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明实施例1所得环氧树脂-二氧化硅复合凝胶粉末的扫描电镜图。(a),(b)和(c)分别是不同比例尺的扫描电镜图。可以看到环氧树脂胶体表面被二氧化硅形成的二级结构包覆了，且增加了其粗糙度。
图2为本发明实施例1所得超疏水滤纸的扫描电镜图。(a)(b)为同一部位不同比例尺的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1所得超疏水滤纸的水接触角。
图4为本发明实施例1所得超疏水滤纸的阻燃性实验图。(a)为原始滤纸，(b)为本发明实施例1所得超疏水滤纸。
图5为本发明实施例2所得的超疏水木板，水接触角随着时间变化图。
图6为本发明实施例3所得的超疏水钢网及本发明实施例4所得的超疏水载玻片的抗结冰实验图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1
(1)有机-无机复合胶体的制备：将1.6g环氧树脂及0.53g固化剂溶于30mL乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液。加入2mL正硅酸乙酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入2mL,1mol/L稀盐酸，将溶液pH值调至5左右。搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液。
(2)疏水物质修饰：向步骤(1)中获得的胶体溶液中加入2mL六甲基二硅胺烷，4mL,1mol/L氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液，所得涂料微粒如图1所示，在环氧树脂胶体颗粒表面形成了包覆结构。
(3)超疏水涂料制备：向步骤(2)中获得的超疏水胶体溶液加入1mol/L稀盐酸进行PH值调控，调至PH值为7。从而完成超疏水涂料的制备。
(4)涂料涂覆：
取10g步骤(3)中获得的超疏水涂料涂覆至干净的滤纸(4cm*4cm)上。室温下晾干，从而得到了超疏水滤纸。所得涂层扫描电镜图片如图2所示，所得超疏水滤纸的水接触角图片如图3所示。
(5)阻燃实验：
将步骤(4)中的超疏水滤纸烧灼，相比于未涂覆涂层的滤纸，更难以点燃，且烧灼后的超疏水滤纸的超疏水性未改变，如图4所示。
实施例2：
(1)有机-无机复合胶体的制备：将1.6g环氧树脂及0.53g固化剂溶于30mL乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液。加入2mL正硅酸乙酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入2mL,1mol/L稀盐酸，将溶液pH值调至5左右。搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液。
(2)疏水物质修饰：向步骤(1)中获得的胶体溶液中加入2mL六甲基二硅胺烷，4mL,1mol/L氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液，所得涂料微粒如图1所示，在环氧树脂胶体颗粒表面形成了包覆结构。
(3)超疏水涂料制备：向步骤(2)中获得的超疏水胶体溶液加入1mol/L稀盐酸进行PH调控，调至PH值为7。从而完成超疏水涂料的制备。
(4)涂料涂覆：
取10g步骤(3)中获得的超疏水涂料涂覆至干净的木板(4cm*4cm)上。室温下晾干，从而得到了超疏水木板。
(5)时间耐久性测试：
将涂覆后的木板置于实验台上，每隔5日进行一次水接触角的测量，共记录35天，其水接触角变化图如图5所示。
实施例3：
(1)有机-无机复合胶体的制备：将1.6g环氧树脂及0.53g固化剂溶于30mL乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液。加入2mL正硅酸乙酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入2mL,1mol/L稀盐酸，将溶液pH值调至5左右。搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液。
(2)疏水物质修饰：向步骤(1)中获得的胶体溶液中加入2mL六甲基二硅胺烷，4mL,1mol/L氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液，所得涂料微粒如图1所示，在环氧树脂胶体颗粒表面形成了包覆结构。
(3)超疏水涂料制备：向步骤(2)中获得的超疏水胶体溶液加入1mol/L稀盐酸进行PH调控，调至PH值为7。从而完成超疏水涂料的制备。
(4)涂料涂覆：
取5g步骤(3)中获得的超疏水涂料涂覆至干净的钢网(2cm*2cm)上。室温下晾干，从而得到了超疏水木板。
(5)抗结冰性测试：
将涂覆后的钢网及玻璃片和原始钢网及玻片置于冷冻柜中(-5℃)，在表面放置一个水滴，记录水滴结冰的时间。水滴结冰时间变化如图6所示。
实施例4：
(1)有机-无机复合胶体的制备：将1.6g环氧树脂及0.53g固化剂溶于30mL乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液。加入2mL正硅酸乙酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入2mL,1mol/L稀盐酸，将溶液pH值调至5左右。搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液。
(2)疏水物质修饰：向步骤(1)中获得的胶体溶液中加入2mL六甲基二硅胺烷，4mL,1mol/L氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液，所得涂料微粒如图1所示，在环氧树脂胶体颗粒表面形成了包覆结构。
(3)超疏水涂料制备：向步骤(2)中获得的超疏水胶体溶液加入1mol/L稀盐酸进行PH调控，调至PH值为7。从而完成超疏水涂料的制备。
(4)涂料涂覆：
取5g步骤(3)中获得的超疏水涂料涂覆至干净的载玻片(2cm*2cm)上。室温下晾干，从而得到了超疏水木板。
本发明包括了有机-无机复合胶体的制备、疏水物质修饰、超疏水涂料制备、涂料涂覆等步骤。各种被涂覆过的基底其对水的接触角均大于150°，滚动角小于10°。而且，涂覆后所得的涂层对基底原貌没有影响，并可经受不少于50次的摩擦。同时本涂料的超疏水性展现了极强的热稳定性，时间稳定性，抗结冰，阻燃性及耐磨性，其功能化特性不易被轻易破坏。本发明制备工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备，适用于日常生活及环境极端恶劣的条件下的应用涂料领域。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A.有机-无机复合胶体的制备：将环氧树脂及固化剂按一定比例溶于乙醇中，形成稳定的环氧树脂胶体溶液，加入一定量硅酸酯的极性溶液，搅拌均匀后，加入一定量催化剂，将溶液pH值调至5左右，搅拌至溶液浑浊，从而得到褐色不透明有机-无机复合胶体溶液；
B.疏水物质修饰：向步骤A中获得的胶体溶液中加入一定量的硅甲基修饰剂，加入氨水，反应6-10h，从而完成疏水物质修饰步骤，并获得浅黄色胶体溶液；
C.超疏水涂料制备：将步骤B中获得的胶体溶液进行PH值调控，调至PH值为7，从而完成超疏水涂料的制备。
2.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述环氧树脂及固化剂的质量比为3:1。
3.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述催化剂的类型为盐酸。
4.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述硅酸酯为正硅酸乙酯。
5.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述有机-无机复合胶体的形貌为三维，粒径为～100nm。
6.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述硅甲基修饰剂与硅酸酯体积比为1：1。
7.如权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述硅甲基修饰剂为六甲基二硅胺烷。
8.一种权利要求1所述的环保型高粘附力耐磨性超疏水涂料的应用，其特征在于，将步骤C中获得的超疏水涂料转移至瓶中储存，涂覆于干净的基底上，一次或多次，室温下晾干即可，从而在基底上得到环保型高粘附力耐磨性超疏水涂层，所述基底包括纸、织物、金属、建材、玻璃、木头、塑料。
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