CN110144163B - 一种透明疏水涂料、透明自清洁薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种透明疏水涂料、透明自清洁薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透明疏水涂料及其透明自清洁薄膜产品的制备和其在汽车挡风玻璃、建筑玻璃、大楼光幕等行业的应用。以树脂为主体，通过交联反应，获得具有疏水性能的透明涂料。该涂料既可通过喷涂、刷涂工艺直接涂布于玻璃、陶瓷、织物等衬底而获得透明疏水功能薄膜或产品，也可作为面漆在底漆表面通过喷涂、刷涂方式而获得透明超疏水自清洁复合薄膜。本发明获得的镀膜玻璃产品与水的静态接触角为112°，滚动角低至8.0°，具有增透效果和良好的自清洁功能，在布匹涂布静态接触角可达128.3°，滚动角为6.8°。本方法工艺简单，成本低廉，可重复性好，其对应产品可广泛应用于建筑玻璃、雨伞、大楼光幕、光伏电池、手机和电脑屏幕及汽车、航空飞行器挡风玻璃等领域。

Description

一种透明疏水涂料、透明自清洁薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及透明疏水材料制备的技术领域，具体涉及一种透明疏水涂料、透明自清洁薄膜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°、滚动角小于10°的涂层，具有防水、自清洁、防污等功能，在日常生活及工业领域等具有广阔的应用前景。超疏水技术利用荷叶及蝉翼等表面的仿生超疏水自洁净原理，其疏水性能得益于表面的微纳粗糙结构和低表面能的成分的协同作用。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，从而实现固体表面的自清洁功能，具有重大的应用价值。
透明超疏水薄膜不仅具有普通超疏水表面的自洁防污功能，且因其良好的可见光透过特性，在建筑玻璃、太阳能电池板、汽车和飞机挡风玻璃等具有巨大的潜在应用价值。这种技术和产品不仅可减少或避免灰尘等污染物的污染，具有自清洁功能，而且因其减反射增透性能使得玻璃保持较高的透明度，满足采光需求，从而改善行驶和飞行视野，提高安全性。这种增透和超疏水特性的结合在光伏电池领域具有重要的应用价值和意义，即可实现自清洁，又可更加充分利用太阳光能。透明疏水技术应用于建筑玻璃，可大大减少清洗次数。
据文献报道，透明超疏水表面或薄膜可利用等离子体刻蚀、化学气相沉积(CVD)等技术在基材构造粗糙表面，然后在粗糙表面进行有机物修饰而实现透明超疏功能。比如Hozumi等人采用CVD方法在基材上沉积一定粗糙度的纳米颗粒薄膜，再进行有机物修饰获得透明超疏水表面(Hozumi A.，Takai O，Preparation of Ultra Water-Repellent Filmsby Microwave Plasma-Enhanced CVD[J].Thin Solid Films.1997，303，222～225)。
此外，中国专利CN107629492A公开了一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏水涂层的应用，其制备工艺简单，反应温和，但是需要引入含氟硅氧烷，对环境不利。
专利CN107513176A公开了一种透明超疏水聚合物薄膜的制备技术，采用流延成型或定向拉伸等成型工艺所制备透明聚合物薄膜，其发明利用超临界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，在保持透明度的同时实现超疏水和低反射。但是该方法需要特殊的工艺条件。
专利CN106835043A公开了透明超疏水薄膜的制备，实现产品的超薄、透明和超疏水功能，厚度在60～150nm，透光率在90～97％，与水的接触角大于167°。但是该发明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，需要特殊而昂贵的工艺设备。
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，其工艺和设备的相应局限性限制了其产品的工业化生产和应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种简便易行的透明疏水涂料、薄膜及其制备方法和应用。本发明所制备的涂料可涂布于玻璃、光幕、光伏电池和显示屏幕上，在其表面形成自清洁的透明薄膜，该薄膜具有可达128.3°的静态接触角和低至6.8°的滚动角，表现出良好的自清洁功能，提高基材表面的透光性，大大减少清洁次数。
本发明利用树脂的低表面能，通过添加助剂、溶剂和固化剂，通过交联反应而得到具有良好分散性的透明涂料。制备工艺简单，设备成本及原料成本低廉，产品具有较高的经济效益。原料易得，环境友好。尤其制备得到的薄膜能够有效地提高可见光的透射率，因而可获得自清洁增透多功能薄膜产品。
本发明提供的技术方案如下：
一种透明疏水涂料，包括以下质量百分比的组分：
Figure BDA0001930689700000021
上述树脂为乙烯基树脂。具体的，树脂包括901、905和907树脂。
上述消泡剂包括BYK-066N。
上述流平剂包括BYK-358N。
上述防沉剂为聚酰胺蜡类防沉剂。
上述固化剂包括N3390。
上述溶剂包括二甲苯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯；三者占疏水涂料的质量份依次为5-30份、8-25份和1-8份。
本发明的另一目的在于提供上述透明疏水涂料制备透明自清洁薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)将树脂、消泡剂、流平剂、防沉剂和溶剂充分搅拌混合均匀得到清漆；
(2)将固化剂加入到清漆中，并充分搅拌混合均匀；
(3)涂布于基材表面，自然条件干燥固化即得透明疏水涂层。
本发明还提供上述制备的透明自清洁薄膜涂布于玻璃、光幕、光伏电池和显示屏幕的应用。
本发明的有益效果：
(1)制备工艺简单，设备成本及原料成本低廉，最终产品成本低廉；
(2)所制备的透明自清洁薄膜静态接触角最大可达128.3°，滚动角低至6.8°，表现出良好的自清洁功能，能够有效地保护基材表面，达到免清洗的效果；
(3)所制备的薄膜能够有效地提高透射率，可获得自清洁增透多功能薄膜产品；
(4)涂布方式灵活多样，可喷涂、刷涂；
(5)适用性广，可适用于玻璃、陶瓷、塑料、金属、织物等各类基材。
附图说明
图1为实施例1所制备的透明疏水薄膜表面的电镜扫描图，a为放大1000倍，b为放大5000倍；
图2为实施例1所制备的透明疏水薄膜紫外-可见透过率曲线图；
图3为实施例1所制备的透明疏水薄膜表面水接触角照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
实施例1
(1)清漆的制备：将901树脂100g，消泡剂BYK-066N为0.3g，流平剂BYK-358N为0.4g，聚酰胺蜡类防沉剂0.3g，二甲苯50g，乙酸丁酯39g，丙二醇甲醚醋酸酯5g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯5g和固化剂5g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于玻璃表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例2
(1)清漆的制备：将901树脂88g，消泡剂BYK-066N为0.6g，流平剂BYK-358N为0.24g，聚酰胺蜡类防沉剂0.5g，二甲苯10g，乙酸丁酯50g，丙二醇甲醚醋酸酯2g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯1g和固化剂2g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于玻璃表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例3
(1)清漆的制备：将901树脂140g，消泡剂BYK-066N为0.6g，流平剂BYK-358N为0.5g，聚酰胺蜡类防沉剂0.5g，二甲苯60g，乙酸丁酯49g，丙二醇甲醚醋酸酯4.5g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯5g和固化剂12g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于玻璃表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例4
(1)清漆的制备：将901树脂102g，消泡剂BYK-066N为0.4g，流平剂BYK-358N为0.6g，聚酰胺蜡类防沉剂1.0g，二甲苯48g，乙酸丁酯41g，丙二醇甲醚醋酸酯7g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯5g和固化剂5g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于玻璃表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例5
(1)清漆的制备：将901树脂100g，消泡剂BYK-066N为0.2g，流平剂BYK-358N为0.4g，聚酰胺蜡类防沉剂0.3g，二甲苯50g，乙酸丁酯39g，丙二醇甲醚醋酸酯10g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯2g和固化剂2g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于陶瓷表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例6
(1)清漆的制备：将901树脂100g，消泡剂BYK-066N为0.3g，流平剂BYK-358N为0.4g，聚酰胺蜡类防沉剂0.2g，二甲苯60g，乙酸丁酯16g，丙二醇甲醚醋酸酯6.5g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯5.5g和固化剂5.5g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于布匹表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例7
(1)清漆的制备：将901树脂100g，消泡剂BYK-066N为0.3g，流平剂BYK-358N为0.4g，聚酰胺蜡类防沉剂0.3g，二甲苯50g，乙酸丁酯39g，丙二醇甲醚醋酸酯2g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯12g和固化剂5g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于塑料表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例8
(1)清漆的制备：将901树脂100g，消泡剂BYK-066N为0.3g，流平剂BYK-358N为0.4g，聚酰胺蜡类防沉剂0.3g，二甲苯50g，乙酸丁酯39g，丙二醇甲醚醋酸酯10g，充分搅拌混合均匀制备得到清漆。
(2)固化剂的准备：将溶剂丙二醇甲醚醋酸酯5.5g和固化剂5.5g搅拌混合均匀得到。
(3)透明疏水功能涂层的制备：在步骤(1)中制备的分散液中加入固化剂并充分搅拌混合均匀，然后涂布于金属铁片表面，自然条件下进一步干燥后即得透明疏水涂层。
实施例9
清漆的制备和固化剂的制备步骤同实施例4，区别在于将901树脂替换为905树脂。
实施例10
清漆的制备和固化剂的制备步骤同实施例4，区别在于将901树脂替换为907树脂。
实施例11
1、SEM测试
对实施例1所制备的薄膜进行扫描电镜(SEM)测试，测试结果如图1所示。从图1可以看出，所制备的薄膜固化均匀(图1-a)，高倍数扫描电镜结果表明，表面形成粗糙结构(图1-b)，该结构是薄膜具有疏水自洁净特性的原因。
2、透射率测试
对实施例1所制备的薄膜涂布在玻璃表面测试其透射率，并与玻璃进行对比。从图2可以看出，涂布薄膜以后，整体上透射率增加，尤其在在600nm波长处透射率从91％提升到94％，表明所制备的薄膜可以提高透射性。透射性提高的原因可能是薄膜涂层减少了光线反射从而使得更多的光线透射出去，进而使得透射性提高。
3、接触角测试
对实施例1-6所制备的薄膜进行接触角、滚动角测试。
表1示出了测试结果，从表中可以看出接触角均大于101.0°，最大可达128.3，滚动角均小于9.6°，最小为6.8°，结果表明所制备的薄膜具有较好的疏水性。
表1接触角、滚动角测试
Figure BDA0001930689700000061
Figure BDA0001930689700000071
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种透明疏水涂料，其特征在于，包括以下质量份的组分：
Figure FDA0002899615910000011
所述树脂为乙烯基树脂，包括901、905和907树脂；
所述固化剂包括N3390。
2.根据权利要求1所述的疏水涂料，其特征在于：所述消泡剂包括BYK-066N。
3.根据权利要求1所述的疏水涂料，其特征在于：所述流平剂包括BYK-358N。
4.根据权利要求1所述的疏水涂料，其特征在于：所述防沉剂为聚酰胺蜡类防沉剂。
5.根据权利要求1所述的疏水涂料，其特征在于：所述溶剂包括二甲苯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯；三者占疏水涂料的质量份依次为5-30份、8-25份和1-8份。
6.根据权利要求1所述的透明疏水涂料制备透明自清洁薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将树脂、消泡剂、流平剂、防沉剂和溶剂充分搅拌混合均匀得到清漆；
(2)将固化剂加入到清漆中，充分搅拌混合均匀；
(3)涂布于基材表面，自然条件干燥固化即得透明疏水涂层。
7.权利要求6所制备的透明自清洁薄膜涂布于玻璃、光幕、光伏电池和显示屏幕的应用。
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