CN108948803A - 一种超疏水涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料产品技术领域，具体涉及一种超疏水涂层及其制备方法，所述涂层由底漆、面漆、疏水层依次涂覆形成，所述面漆为丙烯酸面漆，所述疏水层由改性纳米氧化锌、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1‑4)：(0.5‑1)：(2‑3)混合形成的悬浮液喷涂而成。本发明制备的涂层主要针对涂层表面抗海洋微生物污染，耐磨性及超疏水性能好。

Description

一种超疏水涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料产品技术领域，具体涉及一种超疏水涂层及其制备方法。
背景技术
表面润湿性是固体表面一个重要特性，用固体表面与液体的接触角来衡量表面润湿性，一般与水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面称之为超疏水表面。超疏水表面在自然界中很常见，在我们熟悉的生活中，荷叶的“出淤泥而不染”就是一种超疏水表面，此外还有水黾，蜻蜓的翅膀等也都具有相同的特性，是由于表面具有许多的微纳结构。将超疏水表面应用在轮船的外壳可以降低水的阻力，还可以达到防污、防腐的功效。所以超疏水表面因其独特的结构特征和自清洁性能在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景。
将超疏水应用于海洋生物吸附的研究少见报道，仅有少量低表面能仿生结构表面防生物附着的研究，并且在研究超疏水表面的制备方法上有相分离法、模板法、电纺法、溶胶-凝胶法、离子刻蚀法等，虽然多种多样，但大部分都仅仅用于实验室的制备，有些存在仪器昂贵、成本高，不适用于大面积的制备，还有制备出来的超疏水表面有许多物质，在应用于海洋防污中，会释放有毒物质，对海洋环境和人类健康造成了不良的影响。
纳米氧化锌具有较好的生物相容性和杀菌性能，另外考虑到丙烯酸树脂的各项性能优异，与基底的结合力强，适合涂层的制备。因此本研究将纳米氧化锌和丙烯酸树脂这两种材料复合，通过简单的喷涂法制备纳米氧化锌丙烯酸树脂超疏水材料，希望得到更加高效的抗生物粘附材料。
发明内容
本发明主要提供了一种超疏水涂层及其制备方法，主要针对涂层表面抗海洋微生物污染，耐磨性及超疏水性能好。其技术方案如下：
一种超疏水涂层，所述涂层由底漆、面漆、疏水层依次涂覆形成，所述面漆为丙烯酸面漆，所述疏水层由改性纳米氧化锌、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)混合形成的悬浮液喷涂而成。
优选的，所述改性氧化锌为将纳米氧化锌颗粒经硅烷偶联剂改性而成，改性纳米氧化锌的平均粒径为10-50nm。
优选的，纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂的摩尔比为3-5:1。
优选的，所述硅烷偶联剂为十六烷基三甲氧基硅烷。
优选的，所述改性纳米镍颗粒为将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到，改性纳米镍颗粒的平均粒径为50-100nm。
优选的，所述改性二氧化硅平均粒径为30-60nm，其表面接枝有二嵌段聚合物。
优选的，所述底漆由铁红氟碳底漆与稀释剂混合喷涂形成。
优选的，所述疏水层的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂按照摩尔比3-5:1的比例混合，制成改性纳米氧化锌颗粒；
(2)将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到改性纳米镍颗粒；
(3)将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)与丙酮和水混合搅拌形成的悬浮液；
(4)将悬浮液喷涂于面漆上即形成疏水层。
一种上述超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)基底的打磨与清洗：将基底打磨，清洗去除表面杂质；
(2)疏水层悬浮液的配制：将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)与丙酮和水混合搅拌形成悬浮液；
(3)喷涂底漆：将底漆与稀释剂混合形成悬浮液，将该悬浮液喷涂在打磨好的基底上，喷涂完毕后晾干；
(4)喷涂面漆：将丙烯酸面漆与固化剂混合，然后加入稀释剂，搅拌形成悬浮液，将该悬浮液喷涂在底漆上；
(5)喷涂疏水层：在面漆上快速喷涂步骤(2)制备的疏水层悬浮液，常温固化即可。
优选的，步骤(1)中分别采用乙醇、丙酮、蒸馏水对打磨的基底进行三次清洗。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
本发明通过采用改性纳米氧化锌、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅混合，改性二氧化硅兼具纳米颗粒和高分子化合物两者的优点，使得纳米颗粒在有机介质中的分散性大大提高，通过多种纳米颗粒的复配，使涂层疏水性能好，耐磨性能佳。本发明基于丙烯酸面漆制备超疏水表面，制得稳定性较好的超疏水涂层，超疏水性能好，接触角在160°以上，滚动角在5.0°以下。
与其他的表面改性工艺相比，本发明方法简单易控，预料易得，价格低廉，便捷，并且无污染，在海洋防污中具有很广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的超疏水涂层的SEM图；
图2为实施例1制备的超疏水涂层的接触角图。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1
(1)基底的打磨与清洗：采用铝片作为金属基底，规格为50*100*5mm的铝片，用600#的砂纸打磨铝片10min，并依次用丙酮、乙醇和蒸馏水分别清洗1min；
(2)疏水层悬浮液的配制：将纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂十六烷基三甲氧基硅烷按照摩尔比4:1的比例混合，制成改性纳米氧化锌颗粒；将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到改性纳米镍颗粒；
将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比2：1：3混合形成混合颗粒，将混合颗粒与丙酮和水混合搅拌形成悬浮液，1g的混合颗粒与20ml的丙酮水溶液混合，丙酮水溶液中丙酮体积占3/4；
(3)喷涂底漆：将铁红氟碳底漆加入至烧杯中，加入30％的稀释剂，搅拌均匀形成悬浮液；将打磨好的铝片放置通风橱内，底漆悬浮液倒至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，喷涂1min，拿出在常温晾干6h以上；
(4)喷涂面漆：将质量比为4:1的丙烯酸面漆和丙烯酸面漆固化剂，加入30％的稀释剂，搅拌均匀形成悬浮液；将喷好底漆的基底放置通风橱内，将面漆悬浮液倒至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，喷涂1min；
(5)喷涂疏水层：将疏水层悬浮液加入至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，在喷好面漆的基底上喷涂2min；常温固化6h得到丙烯酸面漆超疏水涂层。
将该丙烯酸面漆超疏水涂层放于电镜下扫描，该复合涂层的扫面电镜结果如图1所示。图2为涂层的接触角照片，由该照片可知，接触角达到171.51°，滚动角为1.83°，说明超疏水性能好。
实施例2
(1)基底的打磨与清洗：采用铝片作为金属基底，规格为50*100*5mm的铝片，用600#的砂纸打磨铝片10min，并依次用丙酮、乙醇和蒸馏水分别清洗1min；
(2)疏水层悬浮液的配制：将纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂十六烷基三甲氧基硅烷按照摩尔比3:1的比例混合，制成改性纳米氧化锌颗粒；将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到改性纳米镍颗粒；
将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比4：0.5：2混合形成混合颗粒，将混合颗粒与丙酮和水混合搅拌形成悬浮液，1g的混合颗粒与20ml的丙酮水溶液混合，丙酮水溶液中丙酮体积占1/2；
(3)喷涂底漆：将铁红氟碳底漆加入至烧杯中，加入40％质量的稀释剂，搅拌均匀形成悬浮液；将打磨好的铝片放置通风橱内，底漆悬浮液倒至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，喷涂1min，拿出在常温晾干6h以上；
(4)喷涂面漆：将质量比为3:1的丙烯酸面漆和丙烯酸面漆固化剂，加入30％的稀释剂，搅拌均匀形成悬浮液；将喷好底漆的基底放置通风橱内，将面漆悬浮液倒至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，喷涂1min；
(5)喷涂疏水层：将疏水层悬浮液加入至喷枪内，喷枪口距离铝片保持在10cm，在喷好面漆的基底上喷涂2min；常温固化6h得到丙烯酸面漆超疏水涂层。
使用砂纸对该实施例制得的超疏水涂层进行上百次打磨，打磨完毕后其对水滴的接触角仍然在160°以上，滚动角在5.0°以下。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超疏水涂层，其特征在于：所述涂层由底漆、面漆、疏水层依次涂覆形成，所述面漆为丙烯酸面漆，所述疏水层由改性纳米氧化锌、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)混合形成的悬浮液喷涂而成。
2.根据权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于：所述改性氧化锌为将纳米氧化锌颗粒经硅烷偶联剂改性而成，改性纳米氧化锌的平均粒径为10-50nm。
3.根据权利要求2所述的超疏水涂层，其特征在于：纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂的摩尔比为3-5:1。
4.根据权利要求2所述的超疏水涂层，其特征在于：所述硅烷偶联剂为十六烷基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于：所述改性纳米镍颗粒为将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到，改性纳米镍颗粒的平均粒径为50-100nm。
6.根据权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于：所述改性二氧化硅平均粒径为30-60nm，其表面接枝有二嵌段聚合物。
7.根据权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于：所述底漆由铁红氟碳底漆与稀释剂混合喷涂形成。
8.根据权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于：所述疏水层的制备方法为：包括以下步骤：
(1)将纳米氧化锌颗粒与硅烷偶联剂按照摩尔比3-5:1的比例混合，制成改性纳米氧化锌颗粒；
(2)将纳米镍氧化物颗粒加入到十七氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中静置得到改性纳米镍颗粒；
(3)将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)与丙酮和水混合搅拌形成的悬浮液；
(4)将悬浮液喷涂于面漆上即形成疏水层。
9.一种如权利要求1所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)基底的打磨与清洗：将基底打磨，清洗去除表面杂质；
(2)疏水层悬浮液的配制：将改性纳米氧化锌颗粒、改性纳米镍颗粒、改性二氧化硅按照质量比(1-4)：(0.5-1)：(2-3)与丙酮和水混合搅拌形成悬浮液；
(3)喷涂底漆：将底漆与稀释剂混合形成悬浮液，将该悬浮液喷涂在打磨好的基底上，喷涂完毕后晾干；
(4)喷涂面漆：将丙烯酸面漆与固化剂混合，然后加入稀释剂，搅拌形成悬浮液，将该悬浮液喷涂在底漆上；
(5)喷涂疏水层：在面漆上快速喷涂步骤(2)制备的疏水层悬浮液，常温固化即可。
10.根据如权利要求9所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中分别采用乙醇、丙酮、蒸馏水对打磨的基底进行三次清洗。
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