CN109370418A - 一种超疏水涂料、涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水涂料、涂层及其制备方法和应用，涉及疏水材料技术领域，在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料；在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面制备得到底漆；再在底漆表面喷涂所述超疏水二氧化硅纳米功能液，干燥后即得超疏水涂层。在玻璃、金属、陶瓷或塑料表面涂布该超疏水涂层，提高材料的憎水防污性能。

Description

一种超疏水涂料、涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及疏水材料技术领域，具体涉及一种超疏水涂料、涂层及其制备方法和应用。
背景技术
超疏水薄膜指与水滴静态接触角大于150度、滚动角小于10度的薄膜，其具有防水、自清洁、防污等功能，因而在日常生活及工业领域等具有广阔的应用前景。2002年，江雷研究组证实了荷叶等表面具有超疏水性能的本质原因，在于其表面微纳粗糙结构和低表面能物质的协同作用(Adv Mater 2002；14:1857-1860)。仿生超疏水表面利用荷叶及蝉翼等表面的仿生超疏水自洁净原理，通过在具有微纳粗糙结构的表面修饰低表面能成分或者在低表面能表面构造粗糙度的方式，实现固体表面的超疏水功能。由于超疏水特性，水滴在滑离固体表面时带走粘附在其上的粉尘粒子和污物，从而实现自清洁功能。这种自洁防污的功能在现代工业和生活的许多领域，具有重大的应用价值。超疏水薄膜材料可减少或避免灰尘等空气污染物的污染，在高湿度环境和雨天，因雨水的凝聚和滚落而带走表面灰尘实现自清洁功能。超疏水功能薄膜应用于建筑玻璃，可大大减少清洗次数。
近年来，国内外学者利用仿生超疏水原理探索了人工超疏水材料和超疏水涂层表面的各种制备途径和工艺。目前制备超疏水涂层的方法，如溶胶-凝胶法、相分离法、模板法、等离子腐蚀法、化学气相沉积法、电化学沉积法、自组装法、电纺丝法、有机无机杂化法等。专利CN107513176A公开了一种超疏水聚合物薄膜的制备方法，采用流延成型或定向拉伸等成型工艺制备聚合物薄膜，利用超临界CO2发泡法使聚合物薄膜表面形成纳米乳突和沟槽的特殊结构，实现超疏水功能。专利CN106835043A公开了透明超疏水薄膜的制备，采用射频磁控溅射与退火相结合，再结合低温氟化处理而获得超疏水功能薄膜，获得的涂层厚度在60-150nm，与水的静态接触角大于167度。然而，这些方法设备或制备成本昂贵、操作过程比较复杂，实验条件苛刻，难以大规模生产和涂装。
另一方面，构造“有机/无机”复合材料分散体系是获得超疏水的一种有效途径，其中使用较多的无机成分为二氧化硅。二氧化硅基超疏水涂层的制备主要方法有两种：一种方法是将二氧化硅颗粒与溶剂混合搅拌，超声分散，调节酸碱度等工艺过程获得二氧化硅分散体系，然后将二氧化硅沉积到衬底表面得到二氧化硅涂层，最后将该涂层的衬底浸入低表面能修饰剂中进行修饰，提拉并干燥而得到超疏水二氧化硅涂层。然而，这种方法常常由于表面修饰的低表面能有机分子容易损失或破坏而失效，且不利于大面积成膜。另一种方法是将二氧化硅等混合粉粒加到溶剂中，并加入低表面能有机物进行修饰而获得分散体系，再经过涂布而获得超疏水涂层。然而，这些方法制备得到的涂层与衬底的附着力不够强，并从而影响涂层产品的耐久性能。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超疏水涂料、涂层及其制备方法和应用，提高材料的憎水防污性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：提供一种超疏水涂料，包括超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料；
所述超疏水二氧化硅纳米功能液由在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，再加入低表面能的无氟有机物制得；
所述底漆涂料由有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合制得。
在上述技术方案的基础上，超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料的质量比为(2-7)：(8-3)。
本发明还公开了一种超疏水涂层，包括依次层叠设置的纳米颗粒层和树脂层；所述纳米颗粒层为二氧化硅纳米颗粒和低表面能的无氟有机物组成；所述树脂层为有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合物组成。
在上述技术方案的基础上，所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为150度～166.5度，滚动角小于10度。
在上述技术方案的基础上，所述低表面能的无氟有机物为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷中的一种或者几种。
在上述技术方案的基础上，所述稀释剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙醇中的一种或者几种，所述分散剂为聚丙烯酸酯型高分子分散剂。
在上述技术方案的基础上，所述纳米颗粒层由：在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，再加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；将超疏水二氧化硅纳米功能液喷涂于底漆表面，干燥后制得。
在上述技术方案的基础上，所述树脂层由：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料；在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面，干燥后制得。
在上述技术方案的基础上，所述二氧化硅纳米颗粒的粒径范围均为10～200nm。
在上述技术方案的基础上，所述超疏水涂层总厚度为5～100μm。
本发明还公开了一种超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；
将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料；
在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面制备得到底漆；再在底漆表面喷涂所述超疏水二氧化硅纳米功能液，干燥后即得超疏水涂层。
在上述技术方案的基础上，所述醇类溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇中的一种或几种。
在上述技术方案的基础上，所述的氨水与醇类溶剂的体积比在1：5到1：20之间。
在上述技术方案的基础上，所述硅酸酯为正硅酸四丁酯、正硅酸四乙酯中的一种或两种。
在上述技术方案的基础上，所述陈化时间为1～7天。
在上述技术方案的基础上，所述低表面能的无氟有机物包括甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷中的一种或者几种。
在上述技术方案的基础上，所述低表面能的无氟有机物与醇类溶剂的体积比为1：40到1：4之间。
在上述技术方案的基础上，所述稀释剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙醇中的一种或者几种；所述分散剂为聚丙烯酸酯型高分子分散剂；所述有机硅树脂：丙烯酸树脂：硫酸钡粉末：稀释剂：分散剂质量百分比为：(20-80)：(5-15)：(2-30)：(10-20)：(2-5)：(1-10)。
在上述技术方案的基础上，所述固化剂为异氰酸酯，所述固化剂与底漆的质量比为1：9。
在上述技术方案的基础上，所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为(2-7)：(8-3)。
本发明还公开了一种超疏水自清洁镀膜玻璃，所述玻璃表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
本发明还公开了一种超疏水自清洁防污防腐蚀金属片，所述金属片表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
在上述技术方案的基础上，所述金属片为铁片。
本发明还公开了一种超疏水自清洁防污瓷绝缘子，所述瓷绝缘子表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
本发明还公开了一种超疏水自清洁防污塑料，所述塑料表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明公开了一种超疏水涂料，在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料。
(2)本发明公开了一种超疏水涂层，包括依次层叠设置的纳米颗粒层和树脂层；所述纳米颗粒层为二氧化硅纳米颗粒和低表面能的无氟有机物组成；所述树脂层为有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合物组成。
(3)本发明公开了一种超疏水涂层的制备方法，在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面制备得到底漆；再在底漆表面喷涂所述超疏水二氧化硅纳米功能液，干燥后即得超疏水涂层。在玻璃、金属、陶瓷或塑料表面涂布该超疏水涂层，提高材料的憎水防污性能。
(4)本发明充分利用树脂与衬底强附着力的特点，以及超疏水二氧化硅纳米功能液的超疏水性，将涂层的附着力交由树脂为主要成分的底漆完成，而超疏水功能性由超疏水二氧化硅纳米功能液来实现。二者的结合得到具有强附着力和耐久性的超疏水涂层。
(5)采用一种简便易行且可大批量生产的湿化学途径，制备具有良好分散性的有机物修饰的超疏水性二氧化硅纳米分散液，该二氧化硅纳米功能液分散性良好，存放一年以上无沉淀产生，有利于产品长期保质储存。
(6)本发明提供的超疏水涂料、超疏水涂层适用于玻璃、金属、陶瓷或塑料等各类基材，制得超疏水自清洁镀膜玻璃、超疏水自清洁防污防腐蚀金属片、超疏水自清洁防污瓷绝缘子或超疏水自清洁防污塑料，适用范围广；获得的超疏水涂层表面与水的静态接触角可达166.5度，滚动角低至2.5度，显示出非常好的超疏水功能，因此所得超疏水产品在自清洁防污、防腐防霉、防凝露、防覆冰等领域有广泛的应用。
附图说明
图1是本发明实施例8中的超疏水涂层表面的场发射扫描电镜照片；
图2是本发明实施例8中的超疏水涂层表面的静态水接触角照片；
图3是本发明实施例9中的超疏水涂层表面的静态水接触角照片；
图4是本发明实施例10中的超疏水涂层表面的静态水接触角照片；
图5是本发明实施例11中的超疏水涂层表面的静态水接触角照片。
具体实施方式
本发明实施例涉及一种超疏水涂料，包括超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料；所述超疏水二氧化硅纳米功能液由：在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，再加入低表面能的无氟有机物制得；所述底漆涂料由有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合制得。其中，超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料的质量比为(2-7)：(8-3)。
本发明实施例还涉及一种超疏水涂层：包括依次层叠设置的纳米颗粒层和树脂层；所述纳米颗粒层为二氧化硅纳米颗粒组成；所述树脂层为有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合物组成；所述基底层为玻璃、金属、陶瓷、塑料中的一种。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为150度～166.5度，滚动角小于10度。所述纳米颗粒层由：在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；再向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；喷涂于底漆表面，干燥后制得。所述二氧化硅纳米颗粒的粒径范围均为10～200nm。所述纳米颗粒层和树脂层的总厚度为5～100μm。
本发明实施例还涉及一种超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液。其中，所述醇类溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇中的一种或几种。所述的氨水与醇类溶剂的体积比在1：5到1：20之间。所述硅酸酯为正硅酸四丁酯、正硅酸四乙酯中的一种或两种。所述陈化时间为1-7天。所述低表面能的无氟有机物包括甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷中的一种或者几种。所述低表面能的无氟有机物与醇类溶剂的体积比为1：40到1：4之间。
2)将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料。其中，所述稀释剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙醇中的一种或者几种；所述分散剂为聚丙烯酸酯型高分子分散剂；有机硅树脂：丙烯酸树脂：硫酸钡粉末：稀释剂：分散剂质量百分比为：(20-80)：(5-15)：(2-30)：(10-20)：(2-5)：(1-10)。所述固化剂为异氰酸酯，所述固化剂与底漆的质量比为1：9。
3)在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面制备得到底漆；再在底漆表面喷涂所述超疏水二氧化硅纳米功能液，干燥后即得超疏水涂层。其中，所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为(2-7)：(8-3)。
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入六甲基二硅胺烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸乙酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙酸乙酯：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为2：8。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例2：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml乙醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四乙酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入甲基三乙氧基硅烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙酸丁酯：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为3：7。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例3：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml异丙醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入六甲基二硅胺烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、正丁醇、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:正丁醇：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为2：8。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例4：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入聚二甲基硅氧烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙醇、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙醇：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为4：6。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例5：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入丙基三甲氧基硅烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙酸乙酯：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为5：5。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例6：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入辛基三乙氧基硅烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙酸乙酯：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为6：4。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
实施例7：超疏水涂层的制备方法
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入十二烷基三甲氧基硅烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:乙酸乙酯：聚丙烯酸酯:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入异氰酸酯，然后喷涂并固化于基底表面。异氰酸酯与底漆的质量比为1：9。所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为7：3。所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为160.5度～166.5度，滚动角小于2.5度。
对照例：疏水涂层的制备方法
(1)疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天，即得疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)疏水涂层的制备：将疏水二氧化硅纳米功能液喷涂并固化于玻璃基底表面。疏水涂层表面与水的静态接触角大于150度，滚动角小于10度。然而，所制备的涂层经手指擦拭或者砂纸打磨比较容易掉落并失去超疏水性能。而本发明实施例制备的涂层经手指擦拭和砂纸打磨很难损坏或掉落，擦拭后表面仍然保持超疏水性能。由此可见，对照例制备的疏水涂层的附着力和耐久性远比本发明实施例差。
实施例8：超疏水涂层及其自清洁镀膜玻璃
本发明实施例公开了一种超疏水涂层及其自清洁镀膜玻璃，上述玻璃的外表面上布设有由超疏水涂层，上述涂层的制备包括如下步骤：
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到40℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入六甲基二硅胺烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:稀释剂:分散剂:尼龙粉＝50：10：20：10：3：7。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入固化剂，然后喷涂并固化于玻璃衬底表面。10分钟后将步骤(1)中制备得到的功能液喷涂于底漆表面，进一步固化干燥后即得超疏水涂层。
本实施例提供的超疏水自清洁镀膜玻璃的超疏水涂层的场发射扫描电镜照片如图1所示，由图可见，本实施例所得涂层表面有类似于荷叶表面微观结构的微米级凸起，这些乳突由平均粒径约为150-200nm的团聚体所构成，因而形成了二元微纳结构，这种结构无异于有利于实现表面的超疏水功能。本实施例提供的超疏水自清洁镀膜玻璃的超疏水涂层表面与水的接触角为163.0度(图2)，滚动角为3.5度。
实施例9：超疏水涂层及其自清洁防污防腐蚀金属片
本发明实施例公开了一种超疏水涂层及其自清洁防污防腐蚀金属片，上述金属片为铁片，其外表面上布设有由超疏水涂层，上述超疏水涂层的制备包括如下步骤：
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：在50ml甲醇中加入5.5ml浓氨水，升温到60℃，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，冷却到室温，陈化1天。在搅拌状态下，在上述分散体系中加入十二烷基三乙氧基硅烷10ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：同实施例8。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入固化剂异氰酸酯，然后喷涂并固化于玻璃衬底表面。10分钟后将步骤(1)中制备得到的功能液喷涂于底漆表面，进一步固化干燥后即得超疏水涂层。
本实施例提供的超疏水自清洁防污防腐蚀铁片的超疏水涂层表面与水的接触角为160.3度(图3)，滚动角为2.6度。
实施例10：超疏水涂层及其自清洁防污防腐蚀金属片
本发明实施例公开了一种超疏水涂层及其自清洁防污防腐蚀金属片，上述金属片为铝片，其外表面上布设有由超疏水涂层，上述超疏水涂层的制备包括如下步骤：
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：同实施例8。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:稀释剂:分散剂:尼龙粉＝60：10：10：10：3：7。
本实施例提供的超疏水自清洁防污防腐蚀铝片的超疏水涂层表面与水的静态接触角为159.2度(图4)，滚动角为2.8度。
实施例11：超疏水涂层及其在自清洁防污瓷绝缘子
本发明实施例公开了一种超疏水涂层及其在自清洁防污瓷绝缘子领域的应用，上述防污绝缘子的外表面上布设有由超疏水涂层，上述超疏水涂层的制备包括如下步骤：
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：室温条件下在50ml甲醇中加入4ml浓氨水，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，陈化1天。然后加入、十六烷基三甲氧基硅烷12ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:稀释剂:分散剂:尼龙粉＝60：10：10：10：4：6。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入固化剂异氰酸酯，然后涂布并固化于瓷绝缘子表面得到底漆。10分钟后将步骤(1)中制备得到的功能液喷涂于底漆表面，进一步固化干燥后即得超疏水涂层。
具体的，本实施例提供的超疏水自清洁防污瓷绝缘子的超疏水涂层表面与水的静态接触角为166.5度(图5)，滚动角为2.5度。
实施例12：超疏水涂层及其在自清洁防污塑料
本发明实施例公开了一种超疏水涂层及其在自清洁防污塑料领域的应用，上述塑料的外表面上布设有由超疏水涂层，上述超疏水涂层的制备包括如下步骤：
(1)超疏水二氧化硅纳米颗粒功能液的制备：室温条件下在50ml甲醇中加入4ml浓氨水，然后加入正硅酸四丁酯8ml，搅拌3h后，陈化1天。然后加入三乙氧基甲基硅烷12ml，反应4h后即得超疏水二氧化硅纳米功能液。
(2)底漆的制备：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、乙酸丁酯、聚丙烯酸酯混合，并于室温高速搅拌分散，即得到底漆涂料。上述各成分质量百分比为：有机硅树脂:丙烯酸树脂:硫酸钡粉末:稀释剂:分散剂:尼龙粉＝60：10：10：10：4：6。
(3)超疏水涂层的制备：搅拌状态下在步骤(2)中制备的底漆中加入固化剂异氰酸酯，然后涂布并固化于塑料表面得到底漆。10分钟后将步骤(1)中制备得到的功能液喷涂于底漆表面，进一步固化干燥后即得超疏水涂层。
具体的，本实施例提供的超疏水自清洁防污塑料的超疏水涂层表面与水的静态接触角为166.5度，滚动角为2.5度。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (25)

1.一种超疏水涂料，其特征在于，包括超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料；
所述超疏水二氧化硅纳米功能液由在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，再加入低表面能的无氟有机物制得；
所述底漆涂料由有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合制得。
2.如权利要求1所述的一种超疏水涂层，其特征在于：超疏水二氧化硅纳米功能液和底漆涂料的质量比为(2-7)：(8-3)。
3.一种超疏水涂层，其特征在于：包括依次层叠设置的纳米颗粒层和树脂层；所述纳米颗粒层为二氧化硅纳米颗粒和低表面能的无氟有机物组成；所述树脂层为有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合物组成。
4.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述超疏水涂层表面与水的静态接触角为150度～166.5度，滚动角小于10度。
5.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述低表面能的无氟有机物为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷中的一种或者几种。
6.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述稀释剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙醇中的一种或者几种，所述分散剂为聚丙烯酸酯型高分子分散剂。
7.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述纳米颗粒层由：在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，再加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；将超疏水二氧化硅纳米功能液喷涂于底漆表面，干燥后制得。
8.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述树脂层由：将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料；在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面，干燥后制得。
9.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述二氧化硅纳米颗粒的粒径范围均为10～200nm。
10.如权利要求3所述的一种超疏水涂层，其特征在于：所述超疏水涂层总厚度为5～100μm。
11.一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在醇类溶剂中加入氨水和硅酸酯，经搅拌、反应、陈化，制得二氧化硅纳米颗粒的分散液；向二氧化硅纳米颗粒的分散液中加入低表面能的无氟有机物，制得超疏水二氧化硅纳米功能液；
将有机硅树脂、丙烯酸树脂、尼龙粉、硫酸钡粉末、稀释剂、分散剂混合，制得底漆涂料；
在底漆涂料中加入固化剂，涂布于基材表面制备得到底漆；再在底漆表面喷涂所述超疏水二氧化硅纳米功能液，干燥后即得超疏水涂层。
12.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述醇类溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇中的一种或几种。
13.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述的氨水与醇类溶剂的体积比在1：5到1：20之间。
14.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述硅酸酯为正硅酸四丁酯、正硅酸四乙酯中的一种或两种。
15.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述陈化时间为1～7天。
16.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述低表面能的无氟有机物包括甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和三乙氧基甲基硅烷中的一种或者几种。
17.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述低表面能的无氟有机物与醇类溶剂的体积比为1：40到1：4之间。
18.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述稀释剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙醇中的一种或者几种；所述分散剂为聚丙烯酸酯型高分子分散剂；所述有机硅树脂：丙烯酸树脂：硫酸钡粉末：稀释剂：分散剂质量百分比为：(20-80)：(5-15)：(2-30)：(10-20)：(2-5)：(1-10)。
19.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述固化剂为异氰酸酯，所述固化剂与底漆的质量比为1：9。
20.如权利要求11所述的一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述超疏水二氧化硅纳米功能液与底漆喷涂量的质量比为(2-7)：(8-3)。
21.一种超疏水自清洁镀膜玻璃，其特征在于：所述玻璃表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
22.一种超疏水自清洁防污防腐蚀金属片，其特征在于：所述金属片表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
23.如权利要求22所述的一种超疏水自清洁防污防腐蚀金属片，其特征在于：所述金属片为铁片。
24.一种超疏水自清洁防污瓷绝缘子，其特征在于：所述瓷绝缘子表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
25.一种超疏水自清洁防污塑料，其特征在于：所述塑料表面布设有采用如权利要求11～20所述的超疏水涂层的制备方法制得所述超疏水涂层。
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