CN111842090A - 一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，该方法包括以下制备步骤：对基材进行打磨、清洗预处理，采用机械‑超声振荡的方式，配置聚氨酯混合溶液，在基体表面涂覆一定厚度，混合液在高湿度环境下析出固化成膜，清洗干燥后，放入低表面能物质的乙醇溶液中进行修饰，干燥后得到具有超疏水性的聚氨酯纳米氧化锌涂层。本发明制备方法制备条件及操作要求简单，制备的涂层厚度可控，表面微纳米结构分布均匀致密，修饰低表面能物质后涂层接触角达到160°。

Description

一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水材料制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法。
背景技术
超疏水表面是指表面水滴静态接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，这类表面起初发现在荷叶叶片上，通过特殊的微纳结构和低表面能的相互作用，使得表面水滴不易沾覆。在不同的环境下超疏水表面也展示出自清洁、防腐、抗结冰、防雾等优异的性能，因此在建筑行业、仪器仪表、科学研究等领域具有巨大的应用前景。
尽管目前已经有相当多的超疏水表面制备方式，但是由于超疏水表面的粗糙结构为微纳米级，容易受到破坏，从而导致从表面失去超疏水性能，且在工业精细化应用过程中，对于材料的尺寸有较为精密的要求，粗糙度较大的超疏水制备方法不能很好控制涂层的厚度，影响超疏水表面的应用。因此构造性能稳定，厚度可调的超疏水表面对于超疏水表面应用有较为重要的作用。
聚氨酯弹性体作为一种具有高强度、高韧性、耐磨、耐油以及耐酸碱的优异性能的高分子材料，广泛应用于国防、医疗、食品等行业。因此可以利用聚氨酯弹性体的这个特点进行超疏水表面构造。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，该方法制备条件及操作要求简单，制备的涂层厚度可控，表面微纳米结构分布均匀致密，修饰低表面能物质后涂层接触角达到160°。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：1、一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
(1)基片预处理：用砂纸对基片打磨，在丙酮、乙醇、去离子水中分别对基片进行超声清洗；使用氮气或者洁净的空气将基片吹干，即得到所需基片；
(2)混合液配置：将聚氨酯弹性体颗粒用四氢呋喃进行溶解，配置一定质量分数的聚氨酯四氢呋喃溶液，加入一定量纳米氧化锌进行混合，机械搅拌—超声振荡混合均匀，即得到用于涂覆所需的混合液；
(3)涂层固化：在高湿度环境下，将步骤(2)得到的混合液均匀涂敷于步骤(1)处理的基片表面，成一定厚度的液层，静置固化，固化后清洗干燥，即得到涂覆聚氨酯纳米氧化锌涂层的基片；
(4)疏水修饰：将步骤(3)制备的覆有涂层的基片放入含有低表面能物质的乙醇溶液中，浸泡修饰1h，去除干燥即可得到具有超疏水性的聚氨酯纳米氧化锌涂层。
优选的，所述步骤(1)中用于打磨的砂纸为普通干磨砂纸，砂纸目数在600-1500目之间。
优选的，所述步骤(1)中基片材料可以为不锈钢片材、黄铜片材、铝合金片材、锌片材、玻璃片材的一种。
优选的，所述步骤(2)中溶解聚氨酯弹性体的方式为室温静置溶解、机械搅拌溶解的一种。
优选的，所述步骤(2)中混合纳米氧化锌的方式为机械高速搅拌和超声振荡的结合。
优选的，所述步骤(3)中，高湿度环境为空气湿度大于90％的环境。
优选的，所述步骤(3)中，液层厚度在300-450μm。
优选的，所述步骤(4)中低表面能物质为正十二硫醇、十六烷基三甲氧硅烷的一种。
与现有技术相比，本发明的优点是：(1)涂层表面微纳米结构排列均匀，修饰低表面能物质之后，涂层表面超疏水；(2)本发明制备的涂层厚度均匀可控，通过改变涂覆混合液的厚度对涂层厚度进行调控；(3)本发明使用的聚氨酯弹性体颗粒及纳米氧化锌等都是常用的原料，对于设备要求低，制备方法简单。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为对照例中所制备的涂层的SEM照片(2000X)。
图2为实施例1中所制备的涂层的SEM照片(2000X)。
图3为对照例中所制备的涂层的静态接触角照片
图4为实施例1中所制备的涂层的静态接触角照片。
图5为实施例1中所制备的涂层的截面SEM照片。
图6为实施例2中所制备的涂层的截面SEM照片。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
对照例：
使用600目砂纸对不锈钢基片进行打磨处理，使用丙酮、乙醇、去离子水对基片进行超声清洗，清洗完成后使用洁净的空气将基片吹干备用。配置质量分数为2％的聚氨酯四氢呋喃溶液，静置充分溶解得到的混合溶液。在湿度为90％的环境下，将得到的混合溶液均匀涂敷于不锈钢基片表面成450μm的液层，固化处理1h后，使用去离子水进行冲洗，在60℃下干燥1h后，再将基片放入含量为1‰十六烷基三甲氧硅烷的乙醇溶液中，静置1h，真空干燥。由此获得的涂层厚度为150μm，表面静态接触角为112°。
实施例1：
本实施例与对照例操作基本相同，不同之处在于，混合液配置中掺杂了10wt％纳米氧化锌的混合液，由此获得的涂层厚度为150μm，表面静态接触角为160°。
实施例2：
本实施例与实施例一操作基本相同，不同之处在于基体预处理中使用的砂纸为1500目，混合液配置中采用机械搅拌方式溶解聚氨酯弹性体，涂覆的液层厚度为300μm，使用十二硫醇乙醇溶液进行疏水修饰，由此获得的涂层厚度为100μm，表面静态接触角为162°。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (8)

1.一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
(1)基片预处理：用砂纸对基片打磨，在丙酮、乙醇、去离子水中分别对基片进行超声清洗；使用氮气或者洁净的空气将基片吹干，即得到所需基片；
(2)混合液配置：将聚氨酯弹性体颗粒用四氢呋喃进行溶解，配置一定质量分数的聚氨酯四氢呋喃溶液，加入一定量纳米氧化锌进行混合，机械搅拌—超声振荡混合均匀，即得到用于涂覆所需的混合液；
(3)涂层固化：在高湿度环境下，将步骤(2)得到的混合液均匀涂敷于步骤(1)处理的基片表面，成一定厚度的液层，静置固化，固化后清洗干燥，即得到涂覆聚氨酯纳米氧化锌涂层的基片；
(4)疏水修饰：将步骤(3)制备的覆有涂层的基片放入含有低表面能物质的乙醇溶液中，浸泡修饰1h，去除干燥即可得到具有超疏水性的聚氨酯纳米氧化锌涂层。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中用于打磨的砂纸为普通干磨砂纸，砂纸目数在600-1500目之间。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中基片材料可以为不锈钢片材、黄铜片材、铝合金片材、锌片材、玻璃片材的一种。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中溶解聚氨酯弹性体的方式为室温静置溶解、机械搅拌溶解的一种。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中混合纳米氧化锌的方式为机械高速搅拌和超声振荡的结合。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，高湿度环境为空气湿度大于90％的环境。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，液层厚度在300-450μm。
8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纳米氧化锌超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中低表面能物质为正十二硫醇、十六烷基三甲氧硅烷的一种。
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