CN109233615A - 超疏水涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水涂料及其制备方法。该方法包括：形成复合纳米改性颗粒，所述复合纳米改性颗粒包括纳米二氧化硅和至少另一种氧化物；形成树脂基体，所述树脂基体包括成膜物和改性剂；形成涂料，所述涂料包括稀释剂、成膜物质和复合纳米改性颗粒，其中，在形成涂料的步骤中，所述成膜物质溶解于稀释剂中，所述改性剂与所述纳米二氧化硅键合。该方法在形成涂料的分散步骤中实现复合纳米改性颗粒的表面改性，从而减少工艺步骤和降低成本，并且利用复合纳米改性颗粒的组成来调节疏水特性和机械特性。

Description

超疏水涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，更具体地涉及一种超疏水涂料及其制备方法。
背景技术
超疏水涂料是涂料研究的重点方向。采用超疏水涂料可以在物体表面形成涂层。该涂层可以防止水的表面浸润和吸附，使得涂层表面的灰尘和杂质被水滴带走，从而实现自清洁的功能。进一步地，水滴在涂层表面的接触面积和附着力减小，从而容易在结冰之前从表面滑落，从而减小结冰成核的数量，并且容易去除已经凝结的冰粒。因此，超疏水涂层具有超强的自清洁能力，在防水、防污、防覆冰、防积雪、防腐蚀领域有重要的潜在应用价值。
例如，在车辆的挡风玻璃上形成超疏水涂层，可以使得水滴从涂层表面滑落，减少潮湿冷空气的凝结，从而维持高度的透明性，提高驾驶的安全性和便利性。在飞行器中，机体表面在高空低温环境下容易结冰，从而增加重量和降低空气动力性能。虽然可以采用加热的方法除冰，但该方法的操作方式复杂且能耗高。此外，飞行器越来越多地采用不耐高温的复合材料，该方法不能很好地适合于新型的飞行器。因此，采用超疏水涂料形成涂层成为重要的表面处理方法。
然而，传统的超疏水涂料生产加工工艺过于复杂，很难推广导致应用受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超疏水涂料及其制备方法，其中采用研磨分散的方法，在形成分散液的同时实现纳米颗粒的表面改性，从而简化工艺和降低成本。
根据本发明的一方面，提供一种超疏水涂料的制备方法，包括：形成复合纳米改性颗粒，所述复合纳米改性颗粒包括纳米二氧化硅和至少另一种氧化物；形成树脂基体，所述树脂基体包括成膜物和改性剂；形成涂料，所述涂料包括稀释剂、成膜物质和复合纳米改性颗粒，其中，在形成涂料的步骤中，所述成膜物质溶解于稀释剂中，所述改性剂与所述纳米二氧化硅键合。
优选地，所述至少另一种氧化物包括选自纳米氧化锆和纳米氧化铝中的至少一种。
优选地，所述复合纳米改性颗粒包括纳米二氧化硅、纳米氧化锆和纳米氧化铝，并且根据涂料的疏水特性和机械特性确定三者的质量比。
优选地，所述成膜物包括选自有机硅树脂和有机氟树脂中的至少一种。
优选地，所述改性剂为硅烷偶联剂。
优选地，在形成涂料的步骤中，添加改性助剂。
优选地，所述稀释剂为丁酯，所述改性助剂为聚硅氧烷。
优选地，形成复合纳米改性颗粒采用球磨机进行分散，形成树脂基体的步骤采用搅拌分散机进行分散，形成涂料的步骤采用三辊研磨机进行分散。
根据本发明的另一方面，提供一种采用上述的方法制造的超疏水涂料，所述超疏水涂料包括：稀释剂、成膜物质和复合纳米改性颗粒。
优选地，用于形成飞行器的表面层。
根据本发明的方法在形成超疏水涂料时，采用的复合纳米改性颗粒包括可以与改性剂键合的一种纳米颗粒以及不能与改性剂键合的另一种纳米颗粒，从而可以利用复合纳米改性颗粒的组成来调节疏水特性和机械特性。
本发明通过理论研究和试验验证，可以获得超疏水性质最为有益的纳米例子复合配方，实现高效的超疏水性能。进一步地，通过简单复配方法制得一种新型超疏水涂料。该制备方法所需原料来源广泛，工艺简单，具有较大的成本优势，又有良好的市场前景。
该超疏水涂料形成的涂层例如可以用于飞行器，从而利用超疏水涂层的自清洁能力和防覆冰特性减少表面结冰，以减少重量的增加和保护良好的空气动力性能。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本发明实施例的超疏水涂料制备方法的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1示出根据本发明实施例的超疏水涂料制备方法的流程图。
在步骤S01中，采用球磨形成复合纳米改性颗粒。在该步骤中，按照预定的比例，将纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆加入球磨机进行球磨分散。在复合纳米改性颗粒中，纳米二氧化硅为主要原料，纳米氧化铝、纳米氧化锆作为添加原料。该三种纳米原料的比例与最终形成的涂料的疏水特性和机械特性相关，因此可以根据涂料的疏水特性和机械特性进行选择和确定。在该实施例中，纳米二氧化硅：纳米氧化铝：纳米氧化锆的质量比例如为2：1：1。
在球磨过程中，球磨机利用研磨球体对颗粒原料的冲击与研磨实现原料的粉碎和混合。若以某一单独颗粒为研究对象，则球磨过程中它可能反复地受到研磨压应力的作用，致使存在于该颗粒表面上固有的或新生成的裂纹扩张，进而导致其破碎或产生塑性变形。随着塑性变形的产生，颗粒便不会再磨细了，而主要形成分散均匀的混合物。
在球磨中可以采用干法或湿法，前者仅仅包括原料，后者则添加有分散剂。在湿法球磨中，分散剂例如是乙醇或丙酮，并且在球磨之后可以通过干燥去除分散剂。尽管干法球磨的效率低于湿法球磨，但干法球磨由于无须使用分散剂，因此对空气和水的污染减轻。
在步骤S02中，采用搅拌分散形成树脂基体。该树脂基体包括成膜物和改性剂。在该步骤中，按照预定的比例，将有机硅树脂、有机氟树脂和硅烷偶联剂加入搅拌分散机中进行搅拌分散。有机硅树脂和有机氟树脂的作用是作为成膜物，硅烷偶联剂的作用是对复合纳米改性颗粒进行表面改性。树脂基体例如包括有机硅树脂和有机氟树脂中的至少一种。在该实施例中，将硅烷偶联剂添加在树脂基体中，在后续的步骤中无须采用单独成改性复合纳米改性颗粒，从而可以减少工艺步骤。成膜物和改性剂的质量比例如为10：1。
在搅拌分散中，搅拌分散机利用锯齿状圆形分散盘的高速转动，从而产生比较强力的剪切力，可以将树脂原料快速的打碎和分散。搅拌分散机可以采用无级调速，转速例如在0-1440转/分之间任意调节。
在步骤S03中，采用研磨分散形成涂料。在该步骤中，按照预定的比例，将复合纳米改性颗粒、树脂基体和稀释剂形成的浆料加入三辊研磨机中进行研磨分散。
三辊研磨机包括安装在机架上的三个滚筒，可水平安装，或稍有倾斜。通过水平的三根辊筒的表面相互挤压及不同速度的摩擦而达到研磨效果。三辊研磨机是高粘度原料最有效的研磨和分散设备。利用三辊研磨机可以获得分散均匀的浆料。
由于树脂基体不仅包括成膜物质，而且包括改性剂，例如硅烷偶联剂。该步骤兼有稀释作用和改性作用。在形成涂料的步骤中，所述成膜物质溶解于稀释剂中，所述改性剂与所述纳米二氧化硅键合。因此，利用硅烷偶联剂可以对复合纳米改性颗粒中的纳米二氧化硅进行表面改性，从而获得超疏水特性。优选地，在原料中添加有改性助剂。例如，稀释剂例如为丁酯，改性助剂例如为聚硅氧烷。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种超疏水涂料的制备方法，包括：
形成复合纳米改性颗粒，所述复合纳米改性颗粒包括纳米二氧化硅和至少另一种氧化物；
形成树脂基体，所述树脂基体包括成膜物和改性剂；
形成涂料，所述涂料包括稀释剂、成膜物质和所述复合纳米改性颗粒，
其中，在形成涂料的步骤中，所述成膜物质溶解于所述稀释剂中，所述改性剂与所述纳米二氧化硅键合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少另一种氧化物包括选自纳米氧化锆和纳米氧化铝中的至少一种。
3.根据权利票2所述的方法，其中，所述复合纳米改性颗粒包括纳米二氧化硅、纳米氧化锆和纳米氧化铝，并且根据涂料的疏水特性和机械特性确定三者的质量比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成膜物包括选自有机硅树脂和有机氟树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改性剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在形成涂料的步骤中，添加改性助剂。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述稀释剂为丁酯，所述改性助剂为聚硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，形成复合纳米改性颗粒采用球磨机进行分散，形成树脂基体的步骤采用搅拌分散机进行分散，形成涂料的步骤采用三辊研磨机进行分散。
9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的方法制造的超疏水涂料，所述超疏水涂料包括：稀释剂、成膜物质和复合纳米改性颗粒。
10.根据权利要求9所述的超疏水涂料，用于形成飞行器的表面层。
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