CN109777260A - 一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，是将超疏水粒子超声分散于溶剂中，再向分散液中依次加入传统涂料和低表面能物质，在室温条件下进行高速搅拌、超声分散，得到超疏水涂料。本发明利用了传统涂料极佳的成膜性、稳定性和耐候性，疏水粒子和低表面能物质提供给表面的微纳米结构和比表面能，实现了传统涂料相超疏水涂料的转变，所得涂料的涂层具有优异的超疏性能（水接触角>150°、滚动角<10°），表现出优异的防污、防水、抗静电、防腐和防覆冰等性能，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水涂料的制备方法，尤其涉及一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，属于功能涂料技术领域。
背景技术
涂料具有其优异的防护、装饰和特殊功能性作用被广泛应用在现代工业、能源、海洋等领域。传统涂料如环氧涂料、聚氨酯涂料、氟碳涂料、有机硅涂料、聚脲涂料、聚酯涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、苯乙烯涂料、酚醛树脂涂料等，传统涂料具有极佳的成膜性、稳定性和耐候性，但是，目前绝大多数传统涂料存在易污染问题，造成涂料防污、防水、抗静电、防腐和防覆冰等性能显著下降。
超疏水涂层具有优异防污、防腐、减阻和防覆冰等特性，具有广泛的应用前景。因此，如何在传统涂料的基础上，将其转变为超疏水涂料，使涂层表现出优异的防污、防水、抗静电、防腐和防覆冰等性能，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的提供一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法。
本发明是将超疏水粒子超声分散于溶剂中，再向分散液中依次加入传统涂料和低表面能物质，在室温条件下进行高速搅拌（1000~3000转/min）、超声分散，得到超疏水涂料。
所述超疏水涂料中，传统涂料、低表面能物质、超疏水纳米粒子按以下质量百分数进行配比：传统涂料20~70% 、超疏水粒子0.5~20%、低表面能物质0.2~5%，其余为溶剂。
所述超疏水粒子为粒径为10nm~100µm的二氧化硅、聚四氟乙烯、碳纳米管。所述超疏水粒子也可以为经过超疏水改性的微纳米粒子，其改性方法为：将微纳米粒子分散在乙醇中，加入有机硅烷和氨水反应0.5~4h，得到超疏水改性的微纳米粒子悬浊液；将悬浊液通过抽滤、烘干、研磨后得到超疏水改性的微纳米粒子；且微纳米粒子与有机硅烷的质量比为1:0.01~1:5；氨水的加入量为有机硅烷质量的0.02~10%。 其中微纳米粒子为凹凸棒石、氧化石墨烯、有机颜料、无机颜料、硅藻土、二氧化钛、碳酸钙、三氧化二铝、氧化锌、纳米银、二氧化硅中的至少一种；有机硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基二甲基甲氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基二甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。
所述溶剂为水、乙醇、正己烷、石油醚、正庚烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯，甲苯，二甲苯中的至少一种。
所述传统涂料包括环氧涂料、聚氨酯涂料、氟碳涂料、有机硅涂料、聚脲涂料、聚酯涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、苯乙烯涂料、酚醛树脂涂料中的至少一种。
所述低表面能物质为有机硅树脂、硅橡胶、硅油、有机硅烷，含氟聚合物、含氟有机酸中的至少一种。
本发明结合传统涂料和仿生超疏水涂层的优点，利用了传统涂料极佳的成膜性、稳定性和耐候性，疏水粒子和低表面能物质提供给表面的微纳米结构和比表面能，实现了传统涂料相超疏水涂料的转变，赋予了涂层优异的超疏性能（水接触角>150°、滚动角<10°）和防污、防水、抗静电、防腐和防覆冰等性能，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明将传统涂料转变为超疏水涂料的过程、性能等做进一步说明。
实施例1
将50g直径为15nm超疏水改性的二氧化硅粒子加入到500ml二甲苯溶液中，搅拌10min分钟，超声分散30min，使其均匀分散；再向上述分散液中加入600g环氧防腐涂料和50g全氟丙烯酸酯共聚物，在室温条件下以1500转/min搅拌10min分钟，然后超声分散15min，得到超疏水改性涂料；最后将得到的超疏水改性涂料喷涂于钢板基材表面，即可得到超疏水涂层。
以10µL水滴测定测定涂层表面润湿性，测试结果为接触角155°，滚动角5°。涂层腐蚀电流由2.5×10-8A/cm2下降至2.1×10-11A/cm2，阻抗值可由1.2×105Ω•cm2提升至5.3×108Ω•cm2，涂层耐中性盐雾性能显著提升，中性盐雾试验500h后表面依然保持较好的超疏水特性。
实施例2
将100g直径为3um聚四氟乙烯（PTFE）粒子加入到150ml石油醚溶液中，搅拌15min分钟，超声分散15min，使其均匀分散；再向上述分散液中加入400g聚氨酯防腐涂料和30g聚二甲基硅氧烷，在室温条件下以2000转/min搅拌15min分钟，然后超声分散10min，得到超疏水改性涂料，最后将得到的超疏水改性涂料喷涂于镁合金基材表面，即可得到超疏水涂层。
以10µL水滴测定测定涂层表面润湿性，测试结果为接触角153°，滚动角6°。涂层腐蚀电流由1.7×10-7A/cm2下降至1.2×10-9A/cm2，阻抗值可由1.6×105Ω•cm2提升至2.2×107Ω•cm2，涂层耐中性盐雾性能显著提升，中性盐雾试验300h后表面依然保持较好的超疏水特性。
实施例3
将500g凹凸棒石粒子分散在乙醇中，加入20g甲基三甲氧基硅烷和40ml氨水反应2h，得到超疏水改性的微纳米粒子悬浊液；将悬浊液通过抽滤、烘干、研磨后得到超疏水改性的凹凸棒石纳米粒子。
将100g超疏水改性的凹凸棒石粒子加入到100ml二甲苯溶液中，搅拌20min分钟，超声分散20min，使其均匀分散；再向上述分散液中加入400g自清洁防污涂料和10g全氟辛基三甲氧基硅烷，在室温条件下以3000转/min搅拌10min分钟，然后超声分散10min，得到超疏水改性涂料，最后将得到的超疏水改性涂料浸涂于玻璃基材表面，即可得到超疏水涂层。
以10µL水滴测定涂层表面润湿性，结果发现涂层接触角为154°，滚动角为4°。涂层憎水性等级由3-4级，提升到1-2级，玻璃微珠测试涂层的自洁性结果为涂层的自洁性由2级提升到1级。
实施例4
将100g直径为20µm碳酸钙粒子分散在乙醇中，加入1.5g全氟癸基三甲氧基硅烷和30ml氨水反应1h，得到超疏水改性的微纳米粒子悬浊液；将悬浊液通过抽滤、烘干、研磨后得到超疏水改性的碳酸钙粒子。
将80g直径为20µm超疏水改性的碳酸钙粒子加入到150ml石油醚溶液中，搅拌10min分钟，超声分散15min，使其均匀分散；再向上述分散液中加入200g室温硫化防污涂料和50g含氟烷基丙烯酸酯，在室温条件下以1800转/min搅拌15min分钟，然后超声分散10min，得到超疏水改性涂料，最后将得到的超疏水改性涂料刷涂于陶瓷基材表面，即可得到超疏水涂层。
以10µL水滴测定涂层表面润湿性，结果发现涂层接触角为153°，滚动角为2°。涂层憎水性等级由3-4级，提升到1-2级，玻璃微珠测试涂层的自洁性结果为涂层的自洁性由2级提升到1级。
实施例5
将100g直径为2µm二氧化钛粒子分散在乙醇中，加入10g十六烷基三甲氧基硅烷和30ml氨水反应0.5h，得到超疏水改性的微纳米粒子悬浊液；将悬浊液通过抽滤、烘干、研磨后得到超疏水改性的二氧化钛粒子。
将50g直径为2µm超疏水改性的二氧化钛粒子加入到200ml正己烷溶液中，搅拌10min分钟，超声分散15min，使其均匀分散；再向上述分散液中加入300g氟硅低表面能防覆冰涂料和50g全氟辛酸，在室温条件下以2600转/min搅拌15min分钟，然后超声分散10min，得到超疏水改性涂料，最后将得到的超疏水改性涂料采用喷涂于陶瓷基材表面，即可得到超疏水涂层。
以10µL水滴测定涂层表面润湿性，结果发现涂层接触角为153°，滚动角为2°。涂层对冰剪切强度可低至 25 kPa。
Claims (10)
1.一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，是将超疏水粒子超声分散于溶剂中，再向分散液中依次加入传统涂料和低表面能物质，在室温条件下进行高速搅拌、超声分散，得到超疏水涂料。
2.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述超疏水涂料中，传统涂料、低表面能物质、超疏水纳米粒子按以下质量百分数进行配比：传统涂料20~70% 、超疏水粒子0.5~20%、低表面能物质0.2~5%，其余为溶剂。
3.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述超疏水粒子为粒径为10nm~100µm的二氧化硅、聚四氟乙烯、碳纳米管。
4.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述超疏水粒子为经过超疏水改性的微纳米粒子，其改性方法为：将微纳米粒子分散在乙醇中，加入有机硅烷和氨水反应0.5~4h，得到超疏水改性的微纳米粒子悬浊液；将悬浊液通过抽滤、烘干、研磨后得到超疏水改性的微纳米粒子；且微纳米粒子与有机硅烷的质量比为1:0.01~1:5；氨水的加入量为有机硅烷质量的0.02%~10%。
5.如权利要求4所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述微纳米粒子为凹凸棒石、氧化石墨烯、有机颜料、无机颜料、硅藻土、二氧化钛、碳酸钙、三氧化二铝、氧化锌、纳米银、二氧化硅中的至少一种。
6.如权利要求4所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述有机硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基二甲基氯硅烷、全氟辛基二甲基甲氧基硅烷、全氟癸基二甲基氯硅烷、全氟癸基二甲基甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三氯硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。
7.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述溶剂为水、乙醇、正己烷、石油醚、正庚烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯，甲苯，二甲苯中的至少一种。
8.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述传统涂料包括环氧涂料、聚氨酯涂料、氟碳涂料、有机硅涂料、聚脲涂料、聚酯涂料、醇酸涂料、丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、苯乙烯涂料、酚醛树脂涂料中的至少一种。
9.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述低表面能物质为有机硅树脂、硅橡胶、硅油、有机硅烷，含氟聚合物、含氟有机酸中的至少一种。
10.如权利要求1所述一种将传统涂料转变为超疏水涂料的方法，其特征在于：所述高速搅拌速度为1000~3000转/min。
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