CN110607100A - 超疏水涂料及其制备方法、超疏水涂层及其制备方法 - 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、超疏水涂层及其制备方法，该超疏水涂料按照质量份计包括以下原料组分：10份～30份固化剂，10份～30份环氧树脂，80份～120份聚四氟乙烯粉末，0份～10份含氟聚合物，10份～30份氧化锌和40份～80份溶剂其中固化剂由质量比为1∶2的二亚乙基三胺和七氟丁酸经氟化反应后制得。超疏水涂层由上述超疏水涂料制得。本发明超疏水涂料具有超疏水性能优异、耐候性强等优点，能够用于制备超疏水涂层，有着较高的使用价值和较好的应用前景。本发明超疏水涂层的制备方法具有工艺简单、操作方便等优点，能够大规模制备自疏水防冰性能优好的超疏水涂层，利于工业化、产业化应用。

Description

超疏水涂料及其制备方法、超疏水涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于超疏水涂层技术领域，涉及一种超疏水涂料及其制备方法、超疏水涂层及其制备方法。
背景技术
风能是一种清洁可再生能源，近年来随着各国对环境问题的重视，风力发电已经成为最具潜力的新能源发电方式之一。我国南方的风电场大多建在海拔较高的山地，这些地区通常湿度较大，冬季气温在零度以下，存在叶片表面结冰的现象，而叶片作为风电机组中最重要的部件之一，起到捕获风能、传递风能的作用，若叶片结冰会改变叶片的气动特性，影响整个风电机组的性能以及发电量。针对风电机组叶片结冰问题，国内外主要有两种解决办法：一是被动型，指叶片覆冰到一定程度时，通过物理或化学方法将冰除去，该方法包括溶液除冰、机械除冰、气囊式除冰等。二是主动型，一般通过某些方法来防止积冰的产生，常见的有热能防冰和涂料防冰。在实际应用中发现，疏水涂料防冰法的综合性能最佳。
在很长一段时间内，国内外对于防冰材料的研究主要为对低表面能材料的研究与应用，如疏水性材料，疏水性特征是依据液体在叶片表面的浸润性，浸润程度以接触角θ表示，一般认为水滴的静态接触角θ>150°，滚动角<10°时，材料具有超疏水性。目前的制备超疏水涂层方法主要分为两类：一是用低表面能材料修饰具有微纳米结构的表面；二是在低表面能材料表面构建微纳米结构。然而，现有超疏水涂料/涂层仍然存在耐磨性差、耐候性差、尺寸形状受限、结合力较低、时效性短等问题。因此，如何有效克服上述问题，提供一种超疏水性能优异、耐候性强的超疏水涂料以及获得一种自疏水防冰性能好的超疏水涂层，对于有效解决风电机组叶片结冰等问题以及提高风电机组的性能以及发电量具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种超疏水性能优异、耐候性强的超疏水涂料及其制备方法，提供了一种自疏水防冰性能好的超疏水涂层及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种超疏水涂料，所述超疏水涂料按照质量份计包括以下组分：
所述固化剂由二亚乙基三胺和七氟丁酸经氟化反应后制得；所述二亚乙基三胺和七氟丁酸的质量比为1∶2。
上述的超疏水涂料，进一步改性的，所述固化剂由以下方法制备得到：将七氟丁酸溶液滴加到二亚乙基三胺溶液中进行氟化反应，滴加完成后去除产物溶液中的水，得到固化剂；所述七氟丁酸溶液由七氟丁酸溶解于去离子水中制得；所述二亚乙基三胺溶液由二亚乙基三胺溶解于去离子水中制得。
上述的超疏水涂料，进一步改性的，所述环氧树脂为双酚-A基环氧树脂、E51环氧树脂中的至少一种；
所述含氟聚合物为FAS-17。
上述的超疏水涂料，进一步改性的，所述聚四氟乙烯粉末的粒径为100nm～1000nm。
上述的超疏水涂料，进一步改性的，所述溶剂为丙酮。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取10份～30份环氧树脂、80份～120份聚四氟乙烯粉末、0份～10份含氟聚合物、10份～30份氧化锌、30份～50份溶剂混合，搅拌，超声波处理，得到溶液；
S2、取10份～30份固化剂与步骤S1中得到的溶液混合，加入剩余的10份～30份溶剂，搅拌，超声波处理，得到超疏水涂料。
上述的超疏水涂料的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述搅拌的转速为500r/min～800r/min；所述搅拌的时间为10分钟～30分钟；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟；
所述步骤S2中，所述固化剂在使用之前还包括以下处理：将10份～30份固化剂与0份～20份去离子水混合，加热蒸干水分，得到固化剂粉末；所述搅拌的转速为500r/min～800r/min；所述搅拌的时间为10分钟～30分钟；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：将上述的超疏水涂料或上述的制备方法制得的超疏水涂料涂覆或喷涂在基材上，真空干燥，浸入硬脂酸溶液，干燥，得到超疏水涂层。
上述的超疏水涂层的制备方法，进一步改进的，所述喷涂过程中控制喷枪喷嘴与基材的距离为15cm～30cm；所述基材为玻璃基材或风机叶片；所述真空干燥的温度为80℃～100℃；所述真空干燥的时间为5h～8h；所述硬脂酸溶液由硬脂酸溶于丙酮中制得；所述硬脂酸溶液中硬脂酸的质量分数为5％～15％。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种超疏水涂层，所述超疏水涂层由上述述的制备方法制得；所述超疏水涂层的厚度为0.1mm～0.5mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种超疏水涂料，其中使用固化剂将环氧主链与低表面能含氟聚合物连接(接枝)，得到氟化环氧树脂；将环氧树脂与氟化环氧树脂混合，进一步增强疏水性，同时加强其机械韧性，且该环氧树脂的添加，使得该涂料具有低滞后和易滴落的特性；进而将聚四氟乙烯纳米颗粒(低表面能物质)掺入该环氧树脂树脂中构建得到微纳米结构，形成超疏水纳米复合涂料。本发明超疏水涂料具有超疏水性能优异、耐候性强等优点，能够制成自疏水防冰性能好的超疏水涂层，有着较高的使用价值和较好的应用前景。
(2)本发明提供了一种超疏水涂料的制备方法，具有工艺简单、操作方便等优点，能够大规模制备超疏水涂料，利于工业化、产业化应用。
(3)本发明提供了一种超疏水涂层的制备方法，通过将本发明超疏水涂料涂覆或喷涂在基材上，真空干燥，浸入硬脂酸溶液，干燥，制得超疏水涂层本发明超疏水涂层由超疏水涂料涂制得，具有自疏水防冰性能好等优点，能够广泛用于风机叶片的防冰处理，对于提高风电机组的性能以及发电量具有十分重要的意义；同时本发明超疏水涂层的制备方法，具有工艺简单、操作方便等优点，能够大规模制备超疏水涂层，利于工业化、产业化应用。
(4)本发明超疏水涂层的制备方法，通过对涂料进行硬脂酸溶液处理一部分可以让氧化锌颗粒脱去形成微纳米粗糙结构，另外硬脂酸溶液可以对涂层表面微纳米粗糙结构进行更进一步修饰，形成莲花状的超疏水微纳米粗糙表面结构，进而更有利于获得具有超疏水性能优异的超疏水涂层。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例2中制得的超疏水涂层的实物示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，原料为分析纯。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复试验的平均值。
实施例1
一种超疏水涂料，按照质量份计包括以下组分：
本实施例中，固化剂由二亚乙基三胺和七氟丁酸经氟化反应后制得，二亚乙基三胺和七氟丁酸的质量比为1∶2。该固化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将10份二亚乙基三胺溶解在100份去离子水中，在磁力搅拌器板上以转速为125rpm进行搅拌，得到二亚乙基三胺溶液。
(2)将20份七氟丁酸(≥99.5％(GC))溶解在100份去离子水中，所得七氟丁酸溶液逐滴加入到步骤(1)中制得的二亚乙基三胺溶液中进行氟化反应，待所有七氟丁酸溶液滴加完成后，将所得混合物加热至100℃以蒸发所有水，得到氟化胺粉末，即为本发明固化剂。
本实施例中，环氧树脂为双酚-A基环氧树脂。含氟聚合物为FAS-17(十七氟癸基三乙氧基硅烷)，是一种纳米粒子，具有最低表面能，效果最佳。聚四氟乙烯粉末的粒径为100nm～1000nm。溶剂为丙酮。
一种上述本实施例中的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、取30份环氧树脂(双酚-A基环氧树脂)、120份PTFE(聚四氟乙烯)粉末、10份含氟聚合物(FAS-17)、10份氧化锌、40份溶剂(丙酮)混合，在转速为600r/min下搅拌30分钟，在超声波频率为40KHZ、功率为600W下超声波处理30分钟，得到溶液。
S2、取10份固化剂与10份去离子水混合，加热蒸干水分，得到固化剂粉末；将所得固化剂粉末与步骤S1中得到的溶液混合，加入剩余的20份溶剂(丙酮)，在转速为600r/min下搅拌10分钟，在超声波频率为40KHZ、功率为600W下超声波处理10分钟，得到超疏水涂料。
实施例2
一种超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：将实施例1中的超疏水涂料涂覆在玻璃基材上，在温度为80℃下真空干燥5h，浸入硬脂酸溶液(该硬脂酸溶液由硬脂酸溶于丙酮中制得，其中该硬脂酸溶液中硬脂酸的质量分数为5％)，干燥，得到超疏水涂层。
本实施例中制得的超疏水涂层，厚度为0.1mm～0.5mm。
图1为本发明实施例6中制得的超疏水涂层的实物示意图。由图1可知，本发明实施例2中制得的超疏水涂层的接触角为152.8°和滚动角为3°，表现出优异的超疏水性能，将该超疏水涂层附着在风电机组叶片上时能够有效解决风电机组叶片(风机叶片)的结冰问题，且该超疏水涂层还表现出非常优异的耐磨性、耐候性，能够显著提高其使用寿命以及风电机组叶片的使用寿命，同时将该超疏水涂层与风电机组叶片之间的结合力较强，从而超疏水涂层能够长时间附着在风电机组叶片，不受超疏水涂层尺寸和形状的限制，即本发明超疏水涂层由超疏水涂料涂制得，具有自疏水防冰性能好等优点，能够广泛用于风机叶片的防冰处理，对于提高风电机组的性能以及发电量具有十分重要的意义；同时本发明超疏水涂层的制备方法，具有工艺简单、操作方便等优点，能够大规模制备超疏水涂层，利于工业化、产业化应用。
对比例1
一种疏水涂料，与本申请实施例1中的超疏水涂料基本相同，区别仅在于：对比例1中所用固化剂的原料中二亚乙基三胺与七氟丁酸的质量比为1∶4。
将对比例1中的疏水涂料按照实施例2中的方法制成疏水涂层，除原料不同外，其他条件均与实施例2相同。经测试，对比例1中制得的疏水涂层的接触角为140.2°和滚动角为4°，不具备超疏水特性。
对比例2
一种疏水涂料，与本申请实施例1中的超疏水涂料基本相同，区别仅在于：对比例2中所用固化剂的原料中二亚乙基三胺与七氟丁酸的质量比为3∶4。
将对比例2中的疏水涂料按照实施例2中的方法制成疏水涂层，除原料不同外，其他条件均与实施例2相同。经测试，对比例2中制得的疏水涂层的接触角为143.9°和滚动角为5°，不具备超疏水特性。
对比例3
一种疏水涂料，与本申请实施例1中的超疏水涂料基本相同，区别仅在于：对比例3中所用固化剂的原料中二亚乙基三胺与七氟丁酸的质量比为1∶1。
将对比例3中的疏水涂料按照实施例2中的方法制成疏水涂层，除原料不同外，其他条件均与实施例2相同。经测试，对比例3中制得的疏水涂层的125.6°和滚动角为8°，不具备超疏水特性。
以上仅是本发明以较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种超疏水涂料，其特征在于，所述超疏水涂料按照质量份计包括以下组分：
所述固化剂由二亚乙基三胺和七氟丁酸经氟化反应后制得；所述二亚乙基三胺和七氟丁酸的质量比为1∶2。
2.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述固化剂由以下方法制备得到：将七氟丁酸溶液滴加到二亚乙基三胺溶液中进行氟化反应，滴加完成后去除产物溶液中的水，得到固化剂；所述七氟丁酸溶液由七氟丁酸溶解于去离子水中制得；所述二亚乙基三胺溶液由二亚乙基三胺溶解于去离子水中制得。
3.根据权利要求1或2所述的超疏水涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚-A基环氧树脂、E51环氧树脂中的至少一种；
所述含氟聚合物为FAS-17。
4.根据权利要求1或2所述的超疏水涂料，其特征在于，所述聚四氟乙烯粉末的粒径为100nm～1000nm。
5.根据权利要求1或2所述的超疏水涂料，其特征在于，所述溶剂为丙酮。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取10份～30份环氧树脂、80份～120份聚四氟乙烯粉末、0份～10份含氟聚合物、10份～30份氧化锌、30份～50份溶剂混合，搅拌，超声波处理，得到溶液；
S2、取10份～30份固化剂与步骤S1中得到的溶液混合，加入剩余的10份～30份溶剂，搅拌，超声波处理，得到超疏水涂料。
7.根据权利要求6所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述搅拌的转速为500r/min～800r/min；所述搅拌的时间为10分钟～30分钟；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟；
所述步骤S2中，所述固化剂在使用之前还包括以下处理：将10份～30份固化剂与0份～20份去离子水混合，加热蒸干水分，得到固化剂粉末；所述搅拌的转速为500r/min～800r/min；所述搅拌的时间为10分钟～30分钟；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
8.一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1～5中任一项所述的超疏水涂料或权利要求6或7所述的制备方法制得的超疏水涂料涂覆或喷涂在基材上，真空干燥，浸入硬脂酸溶液，干燥，得到超疏水涂层。
9.根据权利要求8所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述喷涂过程中控制喷枪喷嘴与基材的距离为15cm～30cm；所述基材为玻璃基材或风机叶片；所述真空干燥的温度为80℃～100℃；所述真空干燥的时间为5h～8h；所述硬脂酸溶液由硬脂酸溶于丙酮中制得；所述硬脂酸溶液中硬脂酸的质量分数为5％～15％。
10.一种超疏水涂层，其特征在于，所述超疏水涂层由权利要求8或9所述的制备方法制得；所述超疏水涂层的厚度为0.1mm～0.5mm。
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