CN112745752A - 一种水性纳米超双疏涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性纳米超双疏涂料及其制备方法，水性纳米超双疏涂料，由以下原料组成：水性树脂、纳米填料、疏水改性剂、流平剂、分散剂、去离子水，其中水性树脂为水性氟树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性聚氨酯树脂，纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、疏水改性硅藻土、疏水改性膨润土和煅烧高岭土。本发明制备的水性纳米超双疏涂料不使用有机溶剂，无VOCs排放、环保安全；还可以浓缩后现场兑水使用，降低了包装、储存、运输等成本；具有优异的防污、抗结露、抗结冰、抗结霜性能。

Description

一种水性纳米超双疏涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及疏水疏油界面技术领域，具体为一种水性纳米超双疏涂料及其制备方法。
背景技术
超双疏材料指各种水性和油性液滴在其表面呈球状，接触角大于150°的既疏水又疏油的材料。以超双疏材料为主要成分组成的涂料，具有自清洁、抗粘附、防腐蚀、减阻等优异性能，广泛应用于建筑物外墙、汽车玻璃、幕墙玻璃、舰船表面、卫星天线、电子器件外壳等领域。国内外对超双疏材料的研究已经有20多年时间，主要都是模仿荷叶表面微观结构，在两相界面构筑微纳结构，通过结构来实现超双疏性能，事实证明这也是最有效的方法。
现有技术中，专利CN105368308B公开了一种专用于金属板材的超双疏涂料，由成膜物质、防水防油剂、碳纳米管复配而成；专利CN107722827B提到一种由氟硅树脂和改性纳米二氧化硅/二氧化钛粒子，经球磨复合得到的超双疏涂料。以上技术在加工过程中都是采用有机溶剂，在使用过程中会有大量VOCs排放，不够环保，会对人体伤害一定程度伤害。为了克服这些缺陷，需要研发一种基于水性树脂的纳米超双疏涂料来改善以上问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种水性纳米超双疏涂料及其制备方法，以水性树脂、纳米填料、疏水改性剂、流平剂、分散剂、去离子水为原材料制备出的具有超疏水性、超疏油性、抗油污、防粘附、防腐蚀的水性纳米超双疏涂料。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案
一种水性纳米超双疏涂料，由以下原料组成：
水性树脂、纳米填料、疏水改性剂、流平剂、分散剂、去离子水。
水性树脂在本发明中用作成膜剂，水分溶剂挥发后形成漆膜，使涂料具有连续性、柔韧性；纳米填料分为400-800nm和20-100nm两种粒径混合，可在涂料表面形成粗糙微纳结构，其具有高粘滞力的仿生超疏水疏油界面特性；疏水改性剂加入后，可以提升本发明的疏水性能；流平剂能够有效提高本发明涂料的流平性和均匀性，促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜；分散剂可以增加纳米填料在水性树脂体系中的相容性。
优选地，一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure BDA0002866816510000021
优选地，一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure BDA0002866816510000022
Figure BDA0002866816510000031
优选地，水性树脂为水性氟树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性聚氨酯树脂中至少两种。
优选地，纳米填料为平均粒径400-800nm和20-100nm两种混合，比例为1∶1。
优选地，纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、疏水改性硅藻土、疏水改性膨润土和煅烧高岭土中至少两种。
优选地，疏水改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
一种水性纳米超双疏涂料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将水性树脂、疏水改性剂加入反应釜中，在高温及冷凝回流的条件下搅拌均匀，搅拌速度180-240rpm，搅拌时间45-60min，温度110℃-130℃；
S2、向反应釜中加入纳米填料、分散剂和30％的去离子水，高速分散25-35min，搅拌速度300-400rpm，温度65℃-80℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、余下的去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，得到水性纳米超双疏涂料。
本发明的有益效果是：
本发明制备的水性纳米超双疏涂料不使用有机溶剂，使用过程中没有VOCs排放，环保安全，适用于通风不畅、高温、有明火等多种苛刻场合，具有很好的市场应用前景。
本水性纳米超双疏涂料还可以浓缩后现场兑水使用，降低了包装、储存、运输等成本，其超疏油性能良好，还具有优异的防污、抗结露、抗结冰、抗结霜性能。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例来对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
水性树脂30份、纳米填料8份、疏水改性剂2份、流平剂0.1份、分散剂0.1份、去离子水50份。
其中，水性树脂为重量比是3∶2的水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂混合。
纳米填料为重量比1∶1的纳米二氧化硅(平均粒径50nm)和疏水改性硅藻土(平均粒径700nm)混合。
疏水改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷。
实施例2
本实施例提供一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
水性树脂40份、纳米填料12份、疏水改性剂3份、流平剂0.3份、分散剂0.3份、去离子水62份。
其中，水性树脂为重量比是5∶2的水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂混合。
纳米填料为重量比1∶1的纳米二氧化硅(平均粒径65nm)和疏水改性硅藻土(平均粒径600nm)混合。
优选地，疏水改性剂为全氟癸基三氯硅烷。
实施例3
本实施例提供一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
水性树脂50份、纳米填料15份、疏水改性剂4份、流平剂0.5份、分散剂0.5份、去离子水75份。
其中，水性树脂为重量比是4∶2∶1的水性氟树脂、水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂混合。
纳米填料为重量比3∶2∶1的纳米二氧化硅(平均粒径50nm)、疏水改性硅藻土(平均粒径500nm)和煅烧高岭土(平均粒径800nm)混合。
疏水改性剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷。
实施例1-3任一所述的一种水性纳米超双疏涂料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将水性树脂、疏水改性剂加入反应釜中，在高温及冷凝回流的条件下搅拌均匀，搅拌速度180-240rpm，搅拌时间45-60min，温度110℃-130℃；
S2、向反应釜中加入纳米填料、分散剂和30％的去离子水，高速分散25-35min，搅拌速度300-400rpm，温度65℃-80℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、余下的去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，得到水性纳米超双疏涂料。
对比例1
本实施例提供一种水性纳米超双疏涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
水性树脂50份、纳米填料15份、流平剂0.5份、分散剂0.5份、去离子水75份。
水性树脂为重量比是4∶2∶1的水性氟树脂、水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂混合。
纳米填料为重量比3∶2∶1的纳米二氧化硅(平均粒径50nm)、疏水改性硅藻土(平均粒径500nm)和煅烧高岭土(平均粒径800nm)混合。
与实施例3相比，对比例1不含疏水改性剂。
对比例2
本实施例提供市售的一种超双疏涂料，其配方为：
成膜物质30份、有机溶剂30份、防水防油剂8份和碳纳米管12份。
性能测试
对实施例1-3提供的水性纳米超双疏涂料、对比例1提供的水性纳米超双疏涂料和对比例2提供的超双疏涂料进行性能测试，性能测试方法如下：
采用浸涂法分别将实施例1-3和对比例1-2涂覆到经过清洁处理过塑料板材上，并在45℃烘干。
对超双疏涂料进行接触角和耐磨以及酸碱耐腐蚀测试；
涂料的接触角：采用德国克吕士公司的DSA30测试涂料的润湿性；
涂料的耐磨测试：使用1000目的砂纸反复打磨涂料数次，测量其耐摩擦磨损的性能。
经过对各实施例的测试，测试结果如下表1。
Figure BDA0002866816510000071
表1
由测试结果看来，本发明制备的水性纳米超双疏涂料具有良好的超疏水、超疏油效果，效果不低于传统有机溶剂型超双疏涂料，不含疏水改性剂的对比例1与实施例3相比，总体效果不如实施例3。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，由以下原料组成：
水性树脂、纳米填料、疏水改性剂、流平剂、分散剂、去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure FDA0002866816500000011
3.根据权利要求2所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure FDA0002866816500000012
4.根据权利要求1所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，所述水性树脂为水性氟树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性聚氨酯树脂中至少两种。
5.根据权利要求1-3所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，所述纳米填料为平均粒径为400-800nm和20-100nm的两种混合，比例为1：1。
6.根据权利要求5所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、疏水改性硅藻土、疏水改性膨润土和煅烧高岭土中至少两种。
7.根据权利要求1所述的一种水性纳米超双疏涂料，其特征在于，所述疏水改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种水性纳米超双疏涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水性树脂、疏水改性剂加入反应釜中，在高温及冷凝回流的条件下搅拌均匀，搅拌速度180-240rpm，搅拌时间45-60min，温度110℃-130℃；
S2、向反应釜中加入纳米填料、分散剂和30％的去离子水，高速分散25-35min，搅拌速度300-400rpm，温度65℃-80℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、余下的去离子水加入反应釜中，搅拌均匀，得到水性纳米超双疏涂料。
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