CN109096804A - 一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法，首先制备疏水改性粉煤灰涂料，然后将胶涂覆于基材表面，最后将疏水改性粉煤灰涂料涂覆于胶表面，自然干燥即可。本发明以粉煤灰为主要原料，对工业废料进行循环再利用，整理后的基材具有超疏水、自清洁、优良的耐磨性以及稳定性，克服了现有超疏水涂层易磨损、与基材结合力差等缺陷，适用于塑料、织物、泡沫、铁板、纸张、薄膜或玻璃等材料的超疏水改性。

Description

一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法

技术领域

本发明属于涂层制备领域，具体涉及一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法。

背景技术

超疏水表面具有防水、防污、自清洁等功能，在建筑、环保、能源、航天、航运、化工等领域具有巨大的应用前景，近年来成为科学界和工业界的广泛关注的热点领域之一。超疏水表面通常是指水接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。制备超疏水表面需要具备两个关键性要素：一是表面具有较低的表面能，二是表面形成微纳级粗糙结构。因此，通过在基材表面构建具有低表面能的微纳级粗糙结构，成为制备超疏水表面最常用的方法之一。

中国专利CN101362632A公开了一种超疏水涂层的制备方法，首先通过溶胶凝胶法在基材表面进行涂膜，然后再用疏水剂对涂层表面进行后整理，所得涂层表面接触角大于150°。中国专利CN101270260A报道了一种超疏水表面涂层材料，通过在基材表面自组装形成具有层状晶体结构的聚烷基硅氧烷的超疏水功能材料。然而，溶胶凝胶法通常耗时过长，且制备涂层过程中使用大量的有机溶剂。近年来，科研工作者们通过在基材表面构建疏水纳米颗粒涂层，如二氧化硅、二氧化钛、氧化锡、三氧化二铝、四氧化三铁、氧化锆、氧化锌等，成功制备出多种超疏水涂料(中国专利CN106366907A，CN106497406A，CN105969174A)。虽然以上方法简单易行，但是超疏水表面的粗糙结构在使用过程中易磨损，其耐摩擦、耐酸碱、耐紫外线、耐高温等性能尚不明确。

粉煤灰是火力发电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一。为了能够变废为宝、变害为利，粉煤灰的开发利用激发了人们极大的研究热情。目前，粉煤灰开发利用已经发展到水泥原料(CN106316176A，CN107311486A，CN103803821A)、废水处理(CN104310645A)、塑料填料(CN103450629A)等。然而，以粉煤灰为主要原料，制备耐磨超疏水涂料却未见报道。

为了提高超疏水涂层整理基材的环境适应性(如具备良好的耐摩擦、耐酸碱、耐紫外线、耐高温等性能)、拓宽超疏水涂层的应用范围，本发明提出一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法，先制备疏水粉煤灰微纳米结构构建粗糙表面，再通过涂覆市售胶方法提高疏水粉煤灰涂料与基材之间的结合力，具有简单易行、安全灵活等优点。

发明内容

本发明针对现有超疏水涂层易磨损、与基材结合力差等缺陷，提供一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法。本方法以粉煤灰为主要原料，将工业废料循环再利用，且操作工艺简单，整理后的基材具有超疏水、自清洁、优良的耐磨性以及稳定性。

本发明耐磨型超疏水涂层整理基材的方法，包括如下步骤：

步骤1：疏水改性粉煤灰的制备

将粉煤灰置于球磨机中粉碎1-12小时，粒径范围为10nm-10μm；将疏水改性剂加入无水乙醇中，分散均匀后加入粉碎后的粉煤灰，搅拌0.5-3小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；

步骤2：先将胶涂覆于基材表面，然后将步骤1获得的疏水改性粉煤灰涂料涂覆于胶表面，厚度范围为1μm-1mm，自然干燥后即可。

步骤1中，球磨机球磨转速为100-1500转每分钟。

步骤1中，所述疏水改性剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。

步骤1中，疏水改性剂在无水乙醇溶液中的质量浓度为0.5-5％。

步骤1中，疏水改性剂与粉煤灰的质量比例为1:5-1:50。

步骤2中，所述胶为双面胶带、环氧树脂、丙烯酸树脂或聚氨酯树脂。

步骤2中，疏水改性粉煤灰涂料的涂覆方式为喷涂、刷涂或浸渍。

步骤2中，所述基材为塑料、织物、泡沫、铁板、纸张、薄膜或玻璃。

本发明方法首先通过球磨、表面功能化制备出疏水改性粉煤灰涂料，然后将胶涂覆于基材表面，最后将疏水改性粉煤灰涂料涂覆于胶表面，自然干燥即可。与现有技术相比，本发明方法以粉煤灰为主要原料，将工业废料循环再利用，且操作工艺简单，整理后的基材具有超疏水、自清洁、优良的耐磨性以及稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中超疏水涂层整理玻璃的疏水效果图。

图2为本发明实施例1中超疏水涂层整理玻璃的自清洁效果图。其中(1)、(2)、(3)、(4)分别为超疏水涂层整理玻璃表面洒落钛白粉、开始用水冲洗、水珠带走涂层表面的钛白粉、冲洗完毕的超疏水涂层整理玻璃。

图3为本发明实施例1制备的超疏水涂层的耐磨性测试曲线。

图4为本发明实施例2制备的超疏水涂层的稳定性测试曲线。其中(a)、(b)、(c)、(d)分别为放置时间、pH、紫外光照时间、放置温度对涂层的疏水性能的影响。

图5为本发明实施例3中超疏水涂层整理聚氨酯泡沫、滤纸或木板的疏水效果图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1-5中的原材料及测试为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助。

实施例1：

粉煤灰经球磨机粉碎2小时，转速为1200转每分钟；将十七氟癸基三乙氧基硅烷加入到无水乙醇中(质量浓度1.5％)，然后加入粉碎后的粉煤灰(十七氟癸基三乙氧基硅烷与粉煤灰的质量比是1:8)，搅拌2小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；先将双面胶带覆于玻璃表面，然后将疏水改性粉煤灰涂料喷涂于双面胶带表面，自然干燥后获得耐磨型超疏水涂层。

本实施例整理后的玻璃的疏水效果图如图1所示，从图1中可以看出，本实施例整理后的玻璃具有超疏水效果，静态接触角为158.2°，滚动角为1.1°。图2为本实施例整理后的玻璃的自清洁效果图，从图2中可以看出，在本实施例整理后的玻璃表面洒落钛白粉，之后用水冲洗，水珠可以轻易将涂层表面的钛白粉带走，具有良好的防污效果。图3为本实施例制备的超疏水涂层的耐磨性测试，从图3中可以看出，本实施例整理后的玻璃表面经800目砂纸打磨40次后，涂层仍能保持超疏水性。

实施例2：

粉煤灰经球磨机粉碎1小时，转速为1500转每分钟；将十七氟癸基三乙氧基硅烷加入到无水乙醇中(质量浓度0.5％)，然后加入粉碎后的粉煤灰(十七氟癸基三乙氧基硅烷与粉煤灰的质量比是1:5)，搅拌0.5小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；先将环氧树脂涂覆于铁板表面，然后将疏水改性粉煤灰涂料喷涂于环氧树脂表面，自然干燥后获得耐磨型超疏水涂层。

本实施例制备的超疏水涂层的稳定性如图4所示，从图4a可以看出，本实施例整理后的铁板放置长达24周，静态接触角和滚动角略微变化，依然具备超疏水性。从图4b可以看出，本实施例整理后的铁板在pH值1-13范围内依然具备超疏水性。从图4c可以看出，本实施例整理后的铁板暴露于紫外光灯下照射达72小时，依然具备超疏水性。从图4d可以看出，本实施例整理后的铁板在0-180℃温度范围内依然具备超疏水性。

实施例3：

粉煤灰经球磨机粉碎3小时，转速为1000转每分钟；将十七氟癸基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中(质量浓度1.5％)，然后加入粉碎后的粉煤灰(十七氟癸基三乙氧基硅烷与粉煤灰的质量比是1:8)，搅拌2小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；先将聚氨酯树脂涂覆于聚氨酯泡沫(滤纸或木板)表面，然后将疏水改性粉煤灰涂料喷涂于聚氨酯树脂表面，自然干燥后获得耐磨型超疏水涂层。

本实施例整理后的基材的疏水效果图如图5所示，从图5中可以看出，整理后的聚氨酯泡沫、滤纸或木板具有超疏水性，其静态接触角分别达到152.4°、158.4°、156.4°，而未整理的聚氨酯泡沫、滤纸或木板的静态接触角仅为120.4°、6°、0°。

实施例4：

粉煤灰经球磨机粉碎12小时，转速为100转每分钟；将十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中(质量浓度5％)，然后加入粉碎后的粉煤灰(十三氟辛基三甲氧基硅烷与粉煤灰的质量比是1:50)，搅拌3小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；先将丙烯酸树脂涂覆于滤纸表面，然后将疏水改性粉煤灰涂料喷涂于丙烯酸树脂表面，自然干燥后获得耐磨型超疏水涂层。

实施例5：

粉煤灰经球磨机粉碎8小时，转速为500转每分钟；将十六烷基三甲氧基硅烷加入到无水乙醇中(质量浓度1.5％)，然后加入粉碎后的粉煤灰(十六烷基三甲氧基硅烷与粉煤灰的质量比是1:20)，搅拌2小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；先将丙烯酸树脂涂覆于木板表面，然后将疏水改性粉煤灰涂料喷涂于丙烯酸树脂表面，自然干燥后获得耐磨型超疏水涂层。

从上述实施例可以看出，本发明提出的超疏水涂层整理基材的方法具有超疏水、自清洁、优良的耐磨性以及稳定性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种耐磨型超疏水涂层整理基材的方法，其特征在于：

首先制备疏水改性粉煤灰涂料，然后将胶涂覆于基材表面，最后将疏水改性粉煤灰涂料涂覆于胶表面，自然干燥即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：疏水改性粉煤灰的制备

将粉煤灰置于球磨机中粉碎1-12小时，粒径范围为10nm-10μm；将疏水改性剂加入无水乙醇中，分散均匀后加入粉碎后的粉煤灰，搅拌0.5-3小时，即得到疏水改性粉煤灰涂料；

步骤2：先将胶涂覆于基材表面，然后将步骤1获得的疏水改性粉煤灰涂料涂覆于胶表面，自然干燥后即可。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，球磨机球磨转速为100-1500转每分钟。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，所述疏水改性剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，疏水改性剂在无水乙醇溶液中的质量浓度为0.5-5％。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤1中，疏水改性剂与粉煤灰的质量比例为1:5-1:50。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤2中，所述胶为双面胶带、环氧树脂、丙烯酸树脂或聚氨酯树脂。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤2中，疏水改性粉煤灰涂料的涂覆方式为喷涂、刷涂或浸渍。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤2中，所述基材为塑料、织物、泡沫、铁板、纸张、薄膜或玻璃。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

步骤2中，涂覆厚度控制在1μm-1mm。