CN110964390B - 一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法，包括底涂料和面涂料，面涂料由树脂B、荷叶颗粒、颜料、增稠剂、酸碱调节剂等制备而成。本发明提供的一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法，以树脂B为基体，通过特定工艺对属于纯生物的荷叶颗粒进行粉碎和研磨处理，保留了荷叶本身纳米‑微米的双重结构，将其加入与之适配的环保涂料中，底涂料先涂布或喷涂于待疏水表面来确保粘附性，避免因加入荷叶颗粒降低涂料的表面能及粘附性，再将面涂料涂布或喷涂于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°，合成工艺简单，成本低廉，绿色、环保、安全、无污染，可批量生产，可广泛应用于墙面、水泥、金属、玻璃等的表面，实现超疏水和自清洁。

Description

一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法
技术领域
本发明属于疏水涂料制备技术领域，具体涉及一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法。
背景技术
众所周知，荷叶是自然界中的自清洁能手。荷叶表面附着有不计其数的微米级蜡质乳突结构，而在每一个微米级别的蜡质乳突结构的表面亦附着有无数个与其结构相似的纳米颗粒，研究学者们将其称为荷叶的微米-纳米双重结构。正是因为这些微小的双重结构的存在，使得灰尘和水珠等难以附着在荷叶表面，进而使荷叶具备了超疏水和自清洁的双重特性。
基于对荷叶的仿生学研究，科学家们已经合成种类繁多的超疏水涂料并广泛应用于水泥、雨伞、织物、玻璃等的表面，以期达到超疏水和自清洁的目的，但是目前现有的这些合成方法都是采用化学合成法，需要使用有毒的有机溶剂和含氟不环保的材料作为合成原料，而且化学合成会有污染产生，需要用到加热和提纯，耗费能源，合成工艺复杂，成本较高。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种生物基超疏水涂料，包括底涂料和面涂料，所述底涂料由树脂A和溶剂制备而成，所述面涂料由树脂B、荷叶颗粒、颜料、溶剂、增稠剂、酸碱调节剂、乳化剂和消泡剂制备而成，所述底涂料和面涂料依次涂布于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°。
进一步的，所述底涂料按重量分数计，包括以下组分：树脂A10-50份、溶剂100份。
进一步的，所述面涂料按重量分数计，包括以下组分：
树脂B10-30份
荷叶颗粒3-10份
颜料0.5-3份
溶剂50-100份
增稠剂1-5份
酸碱调节剂0.1-2份
乳化剂0.1-1份
消泡剂0.1-1份。
进一步的，按重量分数计，所述面涂料还包括0.1-1份流平剂和0.1-0.5份杀菌剂。
进一步的，所述树脂A为分子量5000-50000的聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚丙烯酸中的一种。
进一步的，所述树脂B为选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、缩丁醛树脂、有机硅树脂、丙烯酸共聚物、聚醋酸乙烯、醋酸乙烯酯丙烯酸共聚物中的一种或几种的组合。
进一步的，所述溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、醋酸丁酯、松节油、松香水中的一种或多种的组合。
进一步的，所述增稠剂为膨润土、高岭土、硅藻土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚羧酸盐中的一种或多种的组合，所述酸碱调节剂为二甲基乙醇胺、柠檬酸、2-胺基-2-甲基-1-丙醇、氢氧化钙、氨水、N-甲基乙醇胺中的一种或多种的组合。
一种生物基超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备荷叶颗粒：
选取新鲜荷叶，在80-85℃、相对湿度10-30％条件下进行烘干至水分含量为7-15％，放入粉碎机内，在60-65℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.1-3um的荷叶颗粒；
步骤二、制备底涂料
将树脂A和溶剂混合，制成所需底涂料；
步骤三、制备面涂料
称量预定比例1/2的溶剂加入反应釜中，依次加入颜料、预定比例1/3的增稠剂及预定比例1/3的酸碱调节剂，在25-45℃下，高速搅拌45-120min；然后加入树脂B、荷叶颗粒、预定比例2/3的增稠剂和预定比例2/3的酸碱调节剂，随后加入乳化剂、消泡剂和剩余预定比例1/2的溶剂，在45℃下，高速搅拌1-5h，制成所需面涂料；
步骤一和步骤二不分先后。
一种生物基超疏水涂料的应用方法，包括以下步骤：
将底涂料涂布或喷涂于待疏水表面，静置风干后，再在待疏水表面涂布或喷涂面涂料，静置风干即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法，包括底涂料和面涂料，底涂料由树脂A和溶剂制备而成，面涂料由树脂B、荷叶颗粒、颜料、溶剂、增稠剂、酸碱调节剂、乳化剂和消泡剂制备而成，底涂料和面涂料依次涂布于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°，面涂料中，以树脂B为基体，树脂B与其他原料的相容性好，荷叶颗粒的纳米-微米结构在常规研磨中很容易被破坏，本发明通过控制荷叶的干燥条件及研磨条件来保证其在研磨时保留荷叶本身纳米-微米的双重结构，实现涂料的超疏水性能；涂料自身需要控制浓度、固含量及荷叶颗粒的添加量，本发明采用分批加入溶剂、增稠剂及酸碱调节剂，使荷叶颗粒可以在涂料反应时充分融入涂料，保证疏水效果在涂层表面的体现；本发明的底涂料先涂布或喷涂于待疏水表面来确保粘附性，避免因为加入荷叶颗粒降低涂料的表面能及粘附性，再将面涂料涂布或喷涂于待疏水表面，合成工艺简单，成本低廉，绿色、环保、安全、无污染，可批量生产，可广泛应用于墙面、金属、水泥、玻璃等的表面，实现超疏水和自清洁的有益效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。在本发明中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
一种生物基超疏水涂料，包括底涂料和面涂料，底涂料由树脂A和溶剂制备而成，面涂料由树脂B、荷叶颗粒、颜料、溶剂、增稠剂、酸碱调节剂、乳化剂和消泡剂制备而成，底涂料和面涂料依次涂布于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°。
底涂料按重量分数计，包括以下组分：树脂A10-50份、溶剂100份。
面涂料按重量分数计，包括以下组分：
树脂B10-30份
荷叶颗粒3-10份
颜料0.5-3份
溶剂50-100份
增稠剂1-5份
酸碱调节剂0.1-2份
乳化剂0.1-1份
消泡剂0.1-1份。
按重量分数计，面涂料还包括0.1-1份流平剂和0.1-0.5份杀菌剂。
树脂A为分子量5000-50000的聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚丙烯酸中的一种。
树脂B为选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、缩丁醛树脂、有机硅树脂、丙烯酸共聚物、聚醋酸乙烯、醋酸乙烯酯丙烯酸共聚物中的一种或几种的组合。
溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、醋酸丁酯、松节油、松香水中的一种或多种的组合。
增稠剂为膨润土、高岭土、硅藻土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚羧酸盐中的一种或多种的组合，所述酸碱调节剂为二甲基乙醇胺、柠檬酸、2-胺基-2-甲基-1-丙醇、氢氧化钙、氨水、N-甲基乙醇胺中的一种或多种的组合。
一种生物基超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备荷叶颗粒：
选取新鲜荷叶，在80-85℃、相对湿度10-30％条件下进行烘干至水分含量为7-15％，放入粉碎机内，在60-65℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.1-3um的荷叶颗粒；
步骤二、制备底涂料
将树脂A和溶剂混合，制成所需底涂料；
步骤三、制备面涂料
称量预定比例1/2的溶剂加入反应釜中，依次加入颜料、预定比例1/3的增稠剂及预定比例1/3的酸碱调节剂，在25-45℃下，高速搅拌45-120min；然后加入树脂B、荷叶颗粒、预定比例2/3的增稠剂和预定比例2/3的酸碱调节剂，随后加入乳化剂、消泡剂和剩余预定比例1/2的溶剂，在45℃下，高速搅拌1-5h，制成所需面涂料；
步骤一和步骤二不分先后。
一种生物基超疏水涂料的应用方法，包括以下步骤：
将底涂料涂布于待疏水表面，静置风干后，再涂布面涂料，静置风干即可。
实施例1
一种生物基超疏水涂料，制备方法为：
步骤1、制备荷叶颗粒
选取新鲜荷叶，在85℃、相对湿度30％条件下进行烘干至水分含量为15％，放入粉碎机内，在60℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.1-0.5um的荷叶颗粒。
步骤2、制备底涂料
将10g分子量5000的聚乙烯醇溶解到100g水和乙醇7:3的溶剂中，得到底涂料。
步骤3、制备面涂料
将25g乙醇溶剂加入反应釜中，依次加入0.5g颜料，0.33g增稠剂聚羧酸盐及0.033g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，在25℃下，高速搅拌120min；然后加入10g树脂B丙烯酸树脂、3g步骤1得到的荷叶颗粒、0.67g增稠剂聚羧酸盐、0.067g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，随后加入0.1g乳化剂、0.1g消泡剂和25g乙醇溶剂，在45℃下，高速搅拌5h，制得所需面涂料。
步骤4、涂布
将底涂料涂布于待处理水泥表面，静置30min后，涂布面涂料，静置24h后即可。
实施例2
一种生物基超疏水涂料，制备方法为：
步骤1、制备荷叶颗粒
选取新鲜荷叶，在85℃、相对湿度30％条件下进行烘干至水分含量为15％，放入粉碎机内，在60℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径1-3um的荷叶颗粒。
步骤2、制备底涂料
将50g分子量5000的聚乙烯醇溶解到100g水和乙醇7:3的溶剂中，得到底涂料。
步骤3、制备面涂料
将50g乙醇溶剂加入反应釜中，依次加入3g颜料，1.67g增稠剂聚羧酸盐及0.67g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，在25℃下，高速搅拌120min；然后加入30g树脂B丙烯酸树脂、10g步骤1得到的荷叶颗粒、3.33g增稠剂聚羧酸盐、1.33g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，随后加入1g乳化剂、1g消泡剂和50g乙醇溶剂，在45℃下，高速搅拌5h，制得所需面涂料。
步骤4、涂布
将底涂料涂布于待处理水泥表面，静置30min后，涂布面涂料，静置24h后即可。
实施例3
一种生物基超疏水涂料，制备方法为：
步骤1、制备荷叶颗粒
选取新鲜荷叶，在85℃、相对湿度30％条件下进行烘干至水分含量为15％，放入粉碎机内，在60℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.5-1.5um的荷叶颗粒。
步骤2、制备底涂料
将20g分子量5000的聚乙烯醇溶解到100g水和乙醇7:3的溶剂中，得到底涂料。
步骤3、制备面涂料
将50g乙醇溶剂加入反应釜中，依次加入1g颜料，0.4g增稠剂聚羧酸盐及0.5g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，在25℃下，高速搅拌120min；然后加入30g树脂B丙烯酸树脂、5g步骤1得到的荷叶颗粒、0.8g增稠剂聚羧酸盐、1g酸碱调节剂二甲基乙醇胺，随后加入0.5g乳化剂、0.5g消泡剂和50g乙醇溶剂，在45℃下，高速搅拌5h，制得所需面涂料。
步骤4、涂布
将底涂料涂布于待处理水泥表面，静置30min后，涂布面涂料，静置24h后即可。
将无涂层的未处理水泥作为对照组，将实施例1-3制备得到的3种含涂层的水泥和对照组中未处理水泥进行水接触角测试和硬度测试，水接触角测试仪器选用晟鼎SDC-350，硬度测试仪器选用艾锐普QHQ-A铅笔硬度计，测试结果如表1所示。
表1
水接触角(o) 硬度
对照组 浸润 -
实施例1 153 3H
实施例2 157 3H
实施例3 151 3H
分析测试数据可知，实施例1-3制备得到的处理过的水泥表面，水接触角均大于>150℃，硬度达到3H，符合常规涂料的技术要求，而未处理的对照组的水泥，水到水泥表面是完全浸润的，无法测试出接触角。本发明应用于墙面、金属、玻璃、水泥等表面时，除了具有自清洁的功能，还可以有效防止墙面发霉、金属和水泥的腐蚀。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物基超疏水涂料，其特征在于，包括底涂料和面涂料，所述底涂料由树脂A和溶剂制备而成，所述面涂料由树脂B、荷叶颗粒、颜料、溶剂、增稠剂、酸碱调节剂、乳化剂和消泡剂制备而成，所述底涂料和面涂料依次涂布于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°；
所述荷叶颗粒采用以下步骤制成：
选取新鲜荷叶，在80-85℃、相对湿度10-30%条件下进行烘干至水分含量为7-15%，放入粉碎机内，在60-65℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.1-3μm的荷叶颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述底涂料按重量分数计，包括以下组分：树脂A 10-50份、溶剂100份。
3.根据权利要求1所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述面涂料按重量分数计，包括以下组分：
树脂B 10-30份
荷叶颗粒 3-10份
颜料 0.5-3份
溶剂 50-100份
增稠剂 1-5份
酸碱调节剂 0.1-2份
乳化剂 0.1-1份
消泡剂 0.1-1份。
4.根据权利要求3所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，按重量分数计，所述面涂料还包括0.1-1份流平剂和0.1-0.5份杀菌剂。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述树脂A为分子量5000-50000的聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚丙烯酸中的一种。
6.根据权利要求1或3所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述树脂B为选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、缩丁醛树脂、有机硅树脂、丙烯酸共聚物、聚醋酸乙烯中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、醋酸丁酯、松节油、松香水中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1或3所述的一种生物基超疏水涂料，其特征在于，所述增稠剂为膨润土、高岭土、硅藻土、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚羧酸盐中的一种或多种的组合，所述酸碱调节剂为二甲基乙醇胺、柠檬酸、2-胺基-2-甲基-1-丙醇、氢氧化钙、氨水、N-甲基乙醇胺中的一种或多种的组合。
9.一种生物基超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备荷叶颗粒：
选取新鲜荷叶，在80-85℃、相对湿度10-30%条件下进行烘干至水分含量为7-15%，放入粉碎机内，在60-65℃条件下进行粉碎，随后放入研磨机内进行研磨，过筛，选取得到粒径0.1-3μm的荷叶颗粒；
步骤二、制备底涂料
将树脂A和溶剂混合，制成所需底涂料；
步骤三、制备面涂料
称量预定比例1/2的溶剂加入反应釜中，依次加入颜料、预定比例1/3的增稠剂及预定比例1/3的酸碱调节剂，在25-45℃下，高速搅拌45-120min；然后加入树脂B、荷叶颗粒、预定比例2/3的增稠剂和预定比例2/3的酸碱调节剂，随后加入乳化剂、消泡剂和剩余预定比例1/2的溶剂，在45℃下，高速搅拌1-5h，制成所需面涂料；
步骤一和步骤二不分先后。
10.根据权利要求1-4任一所述的一种生物基超疏水涂料的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
将底涂料喷涂于待疏水表面，静置风干后，再喷涂面涂料，静置风干即可。
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