CN110484127B - 一种润滑涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种润滑涂料及其制备方法。本发明的一种润滑涂料，包括纳米颗粒和依次包裹在纳米颗粒表面的单宁酸膜和二甲基二甲氧基硅烷膜。本发明的制备方法，通过在去离子水中加入金属离子，在搅拌作用下，金属离子会与单宁酸形成金属络合物，然后向溶液中加入几何形状纳米颗粒，使金属螯合物在纳米颗粒表面包裹成单宁酸膜，单宁酸表面存在大量的酚羟基官能团能与二甲基二甲氧基硅烷相互作用形成纳米颗粒表面包裹了单宁酸膜和二甲基二甲氧基硅烷膜，将其喷涂、旋涂或喷涂在多种基材表面都能够形成润滑表面，本发明的涂料能够简单快捷地在多种材料基底表面上成功制备出润滑涂层表面，润滑涂层性能稳定，对基底材料的几何形状要求不高。

Description

一种润滑涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种润滑涂料及其制备方法。
背景技术
润滑涂层材料广泛应用于各个领域，如航海领域中水上船舰及水下航行体(鱼雷、潜水艇、导弹系统等)、航天领域中飞机及飞行设备、管道运输系统、传感器、流体机械等。润滑涂层的引入，能减小行进设备的运行阻力，降低设备能耗，提高能源利用率的同时，带来更高的能耗比，有利于建设更为环境友好节能社会。
相关技术中，一是通过仿生动物或植物的表面结构(如鲨鱼、荷叶、猪笼草等)，复形特定生物结构，获得一定的减阻效果，如复形荷叶表面的微-纳乳突结构，使得水不易润湿表面，降低摩擦力，从而迅速滚动。二是利用低表面能涂料或是高分子(如正硅酸乙酯树脂、聚二甲基硅烷、丙烯酸树脂、)，依靠其涂层平滑表面和低表面能的特性，实现润滑效果。但仿生复形工艺复杂，如真空铸造、刻蚀、模具复刻等，难以实现量产；而低表面能涂料得到使用也存在易脱落、涂装的苛刻要求及重涂性差等问题，增加经济成本的同时，对生态环境也造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种润滑性能好、制备方法简单的润滑涂料及其制备方法。
本发明的一种润滑涂料，包括纳米颗粒和依次包裹在纳米颗粒表面的单宁酸膜和二甲基二甲氧基硅烷膜。
优选的，所述纳米颗粒的尺寸范围：20nm～2μm。
优选的，所述纳米颗粒、单宁酸和二甲基二甲氧基硅烷的质量比为1:25～400:50～800。
一种上述的一种润滑涂料的制备方法，包括如下步骤：1)称取纳米颗粒搅拌混合在去离子水中；2)称取水溶性金属盐溶解在步骤1)形成的溶液中；3)再称取单宁酸溶解在步骤2)形成的溶液中，并持续搅拌一段时间；4)称取二甲基二甲氧基硅烷溶解在步骤3)形成的溶液中，并持续搅拌一段时间。
优选的，所述纳米颗粒为二氧化硅球形纳米颗粒。
优选的，水溶性金属盐为锰、钴、铜、锌、铝、锆、钼、钌、铑、铬、镉、铈和铕的水溶性盐中的一种。
优选的，步骤3)在将单宁酸溶于步骤1)的溶液后，先迅速用涡轮振荡器振荡10s，将混合溶液在室温下磁力搅拌1h。
优选的，步骤4)在室温下磁力搅拌3h。
本发明通过在去离子水中加入金属离子，在搅拌作用下，金属离子会与单宁酸形成金属络合物，然后向溶液中加入几何形状纳米颗粒，使金属螯合物在纳米颗粒表面包裹成单宁酸膜，单宁酸表面存在大量的酚羟基官能团能与二甲基二甲氧基硅烷相互作用形成纳米颗粒表面包裹了单宁酸膜和二甲基二甲氧基硅烷膜，将其喷涂、旋涂或喷涂在多种基材表面都能够形成润滑表面，本发明的涂料能够简单快捷地在多种材料基底表面上成功制备出润滑涂层表面，润滑涂层性能稳定，对基底材料的几何形状要求不高，甚至球形表面修饰也能具有良好的性能，对基底材料的粗糙度也没太高的要求，在光滑或是相对粗糙的表面，也能通过简单工艺是表面具有良好的滑动性能，并且在物理破坏如砂纸磨损和美工刀切割等，该润滑涂层还能保持着良好的润滑性能，体现了该涂料制备得到的润滑涂层具体良好的物理化学稳定性
附图说明
图1和2为实施例1的铝片为基底的SEM图；
图3和4为实施例1的锌片为基底的SEM图；
图5为实施例1制备的涂料在铝片表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；
图6为实施例1制备的涂料在锌片表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；
图7和8为实施例2的有机玻璃为基底的SEM图；
图9为实施例2制备的涂料在有机玻璃表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；
图10和11为实施例3的铜片为基底的SEM图；
图12为实施例3制备的涂料在铜片表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；
图13为为实施例2制备的涂料在有机玻璃表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况图；
图14为为实施例2制备的涂料在玻璃表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况图；
图15为为实施例2制备的涂料在硅片表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实例一：
涂料制备
(1)量取13.75mL去离子水，分别称取0.01g粒径为200nm、2μm的二氧化硅球形纳米颗粒溶于去离子水中，振荡10s混合均匀，并磁力搅拌2h；
(2)称取0.005g六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s搅匀；
(3)2g单宁酸(TA)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s，将混合溶液在室温下磁力搅拌1h；
(4)量取4.54mL二甲基二甲氧基硅烷加入溶液中，在室温下磁力搅拌3h，使其充分混合。
材料基底的预处理
将铝片和锌片基底超声清洗，先用去离子水超声清洗5min，用氮气吹干后再用无水乙醇超声清洗5min，氮气吹干，待用。
润滑涂层制备
使用浸涂法分别对铝片和锌片表面进行涂覆改性，将处理后铝片和锌片置于干燥的培养皿中，使用移液枪移取涂料混合溶液加至铝片和锌片表面，使液体完全覆盖铝片和锌片表面，静置5min后用移液枪去除多余的涂料，室温下干燥3h，得到以铝片和锌片为基底的润滑涂层体系。
图1和2为铝片为基底的SEM图，图3和4为锌片为基底的SEM图；从图1-4可以看出，本发明的润滑涂料在铝片和锌片表面能够形成良好的润滑涂层表面。
图5和图6分别是涂料在铝片和锌片表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图，而滑动角是评价一个表面润滑程度的标准，滑动角越小，润滑程度越好，然后我们对得到的润滑涂层表面也进行了相应的物理破坏实验，可以看到经过刀割或是打磨破坏，润滑涂层表面的滑动性能依旧很好。
实例二：
涂料制备
(1)量取13.75mL去离子水，分别称取0.02g粒径为200nm、2μm的二氧化硅球形纳米颗粒溶于去离子水中，振荡10s混合均匀，并磁力搅拌2h；
(2)称取0.01g六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s搅匀；
(3)2g单宁酸(TA)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s，将混合溶液在室温下磁力搅拌1h；
(4)量取4.54mL二甲基二甲氧基硅烷加入溶液中，在室温下磁力搅拌3h，使其充分混合。
材料基底的预处理
将有机玻璃基底超声清洗，先用去离子水超声清洗5min，用氮气吹干后再用无水乙醇超声清洗5min，氮气吹干，待用。
润滑涂层制备
使用浸涂法对有机玻璃、玻璃和硅片表面进行涂覆改性，将处理后硅片置于干燥的培养皿中，使用移液枪移取涂料加至硅片表面，使液体完全覆盖硅片表面，静置5min后用移液枪去除多余的涂料，室温下干燥3h，得到以有机玻璃为基底的润滑涂层体系。
图7和8为实施例2的有机玻璃为基底的SEM图；本发明的润滑涂料在铝片和锌片表面能够形成良好的润滑涂层表面。
图9为实施例2制备的涂料在有机玻璃表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；而滑动角是评价一个表面润滑程度的标准，滑动角越小，润滑程度越好，然后我们对得到的润滑涂层表面也进行了相应的物理破坏实验，可以看到经过刀割或是打磨破坏，润滑涂层表面的滑动性能依旧很好。
图13为为实施例2制备的涂料在有机玻璃表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况，从图中可以看出本发明制备的涂料有很好的滑动性能。
图14为实施例2制备的涂料在玻璃表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况，从图中可以看出本发明制备的涂料有很好的滑动性能。
图15为实施例2制备的涂料在硅片表面形成润滑涂层在倾斜度小于1的情况下，一定时间内的水滴的移动情况，从图中可以看出本发明制备的涂料有很好的滑动性能。
实例三：
(1)量取13.75mL去离子水，分别称取0.01g粒径为200nm、2μm的二氧化硅球形纳米颗粒溶于去离子水中，振荡10s混合均匀，并磁力搅拌2h；
(2)称取0.005g六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s搅匀；
(3)3g单宁酸(TA)溶于溶液中，迅速用涡轮振荡器振荡10s，将混合溶液在室温下磁力搅拌1h；
(4)量取6.81mL二甲基二甲氧基硅烷加入溶液中，在室温下磁力搅拌3h，使其充分混合。
材料基底的预处理
将基底超声清洗，先用去离子水超声清洗5min，用氮气吹干后再用无水乙醇超声清洗5min，氮气吹干，待用。
润滑涂层制备
使用旋涂法进行涂覆制备润滑涂层。旋涂仪的设置参数为：速度1000r/s，加速度200r/s2，时间60s，每次滴加涂料溶液1mL。根据基底的粗糙程度，控制旋涂次数，每次旋涂完成，待表面相对干燥后进行下一轮旋涂，旋涂结束后在室温下自然干燥3h，得到以旋涂法制备得到的不同基底润滑涂层体系。
图10和11为实施例3的铜片为基底的SEM图；本发明的润滑涂料在铜片表面能够形成良好的润滑涂层表面。
图12为实施例3制备的涂料在铜片表面形成润滑涂层前后的滑动角和遭到不同程度破坏后的滑动角对比图；而滑动角是评价一个表面润滑程度的标准，滑动角越小，润滑程度越好，然后我们对得到的润滑涂层表面也进行了相应的物理破坏实验，可以看到经过刀割或是打磨破坏，润滑涂层表面的滑动性能依旧很好。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种润滑涂料，其特征在于：包括纳米颗粒和依次包裹在纳米颗粒表面的单宁酸膜和二甲基二甲氧基硅烷膜；所述润滑涂料的制备方法包括如下步骤：1)称取纳米颗粒搅拌混合在去离子水中；2)称取水溶性金属盐溶解在步骤1)形成的溶液中；3)再称取单宁酸溶解在步骤2)形成的溶液中，并持续搅拌一段时间；4)称取二甲基二甲氧基硅烷溶解在步骤3)形成的溶液中，并持续搅拌一段时间。
2.如权利要求1所述的一种润滑涂料，其特征在于：所述纳米颗粒的尺寸范围：20nm～2μm。
3.如权利要求1所述的一种润滑涂料，其特征在于：所述纳米颗粒、单宁酸和二甲基二甲氧基硅烷的质量比为1:25～400:50～800。
4.如权利要求1所述的一种润滑涂料，其特征在于：所述纳米颗粒为二氧化硅球形纳米颗粒。
5.如权利要求4所述的一种润滑涂料，其特征在于：所述二氧化硅球形纳米颗粒包括粒径为20nm和2μm的纳米颗粒，粒径为2μm的颗粒与粒径为20nm的颗粒的质量比为0.2～5：1。
6.如权利要求1所述的一种润滑涂料，其特征在于：水溶性金属盐为锰、钴、铜、锌、铝、锆、钼、钌、铑、铬、镉、铈和铕的水溶性盐中的一种。
7.如权利要求1所述的一种润滑涂料，其特征在于：步骤3)在将单宁酸溶于步骤1)的溶液后，先迅速用涡轮振荡器振荡10s，将混合溶液在室温下磁力搅拌1h。
8.如权利要求7所述的一种润滑涂料的制备方法，其特征在于：步骤4)在室温下磁力搅拌3h。
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