CN113045952A - 一种具有疏油疏水特性的自清洁涂料 - Google Patents
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Abstract
一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，该涂料有环氧树脂作为成膜剂，纳米二氧化硅，聚四氟乙烯作为填料，经搅拌、除去气泡后涂装于工件表面，干燥后起到疏水、疏油的自清洁作用。该涂层可广泛用于厨房器具、卫生间内墙等等需要防水、防油的场所。本发明解决了纯聚四氟乙烯涂层加工成型困难的问题，而且拓宽了疏水、疏油涂层的应用范围，起到防水、防油的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种自清洁涂料领域，尤其涉及一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料的制备工艺领域。
背景技术
自清洁技术是近年发展起来的一种实用技术，该技术主要通过对基体材料进行表面等离子处理、表面刻蚀、表面涂覆或者改变基体本身表面特性等技术手段，改变基体材质表面与水的接触角或降低基体材质的表面能，使得水、油污等物质无法浸润基体表面，达到疏水、疏油的目的，从而减少细菌滋生的源头。该技术尤其常用在厨房、卫生间等容易产生油污的地方。上述技术中，表面涂覆因其操作方便、受场地限制型小等特点是应用最广泛的技术之一。表面涂覆技术即将具有自清洁功能的涂料喷涂、辊涂于器件表面，在其表面形成一层具有疏水、疏油的自清洁涂层；该涂层能够将表面污染物或灰尘颗粒在重力、雨水、风力等外力作用下脱落而除去，具有节水、节能、环保等优点，并能有效阻止或减少有机污染物的附着。
自然界中具有自清洁功能的植物很多，最典型的就是荷叶表面；研究表面荷叶表面具有纳米级的微突起，其与水的接触角高达150°，因此，水珠滴落到荷叶表面时，无法浸润荷叶表面；其表面的灰尘等污物也会随着滚落的水珠而被带走；因此具有良好的自清洁功能；该效应被称为“荷叶效应”。依据该荷叶效应，科技人员进行了大量的研究，开发出一系列不同的表面处理工艺来改善工件的、器具的表面特性，从而达到表面疏水、疏油抗油污的特性。如表面刻蚀法，在基材表面通过刻蚀形成一些微纳米级的结构，起到疏水、疏油的特性；还有模板法、等离子处理法、表面成膜法、溶胶凝胶法等等；这些研究都达到了一定的疏水、疏油特性，但是大都不利于推广应用。
针对疏水、疏油自清洁涂料存在的工艺成型性的问题，本发明提供了一种可操作性强的自清洁涂料的制备工艺；克服了传统自清洁涂料加工难、应用受限等特性。本发明所采用的技术方案是：，该涂料有环氧树脂作为成膜剂，纳米二氧化硅，聚四氟乙烯作为填料，经搅拌、除去气泡后涂装于工件表面，干燥后起到疏水、疏油的自清洁作用。本方案中，基体树脂采用双组份的水性环氧树脂，其应用广泛，与很多最后材质都具有良好的粘结性，且水性溶剂无污染。本方案中所采用的纳米SiO2具有良好的自清洁作用，且其在环氧树脂中分散良好。形成纳米级微观结构，可以有效提高该自清洁涂层与水的接触角。本方案中选用的聚四氟乙烯超细粉末为全氟直链高聚物，是四氟乙烯单体(TFE)的高结晶聚合物，其分子量30000～200000，相比用的低分子氟化物具有更安全的特性；此外，聚四氟乙烯是目前已知的表面能最低的物质之一。
发明内容
为了克服目前自清洁涂料存在的问题，本发明所提供的技术方案是：一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于该涂料由双组份的环氧树脂作为成膜剂、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯粒子作为填料，其组份按照以下比例配成：
水性环氧树脂：30~70%，
纳米SiO2：5~10%，
聚四氟乙烯粒子：20~50%，
消泡剂：0.5~2%，
增粘剂：1~5%；上述所有组份之和为100%。
进一步，为了更好的阐释本发明所述的技术方案，本发明的特征在于所述的环氧树脂是由A组份和B组份组成，二者质量比A:B=3:1，且A树脂是水溶性的，其固含量是65%，B组份是胺类固化剂；可以常温固化。
进一步，一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的纳米SiO2的粒径是D50≤10nm；其表面采用硅烷偶联剂进行表面处理，偶联剂用量是其质量分数的1.5%。
进一步，一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的聚四氟乙烯粒子的粒径是D50≤5μm，分子量是50000~100000；其粒子表面经过低温等离子体处理，采用空气做气源，处理功率是100~200W，时间是10~30s。
再进一步，一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的消泡剂是水性有机硅消泡剂，所述的增粘剂是水性增粘剂。
更进一步，一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的自清洁涂料制备工艺是先将纳米SiO2分散入乙醇稀释后的硅烷偶联剂中，然后高速搅拌，并超色处理5~10min，干燥后用破碎机分散待用；同时，将聚四氟乙烯粒子加入密闭的低温等离子容器中，处理10~30s；最后将偶联过的纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子一起加入环氧树脂A中，缓慢搅拌并加入环氧树脂B组分，依次加入增粘剂和消泡剂；最后超声分散10min；待气泡消除后涂装于工件表面。
与现有工艺相比，本发明所述的技术方案具有以下优势：
（1）、本发明所述的技术工艺简单，操作可行性强；且涂装工艺受工件形状或者场地限制较小，且易于根据所涂装环境选择合适的涂装工艺。
（2）本发明所选用的基体树脂是水性环氧树脂，其与多中基材有良好的粘结性，且水性体系环保无污染。
（3）本发明所选的疏水、疏油填料是纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子，其中纳米SiO2粒子经过两次超声分散，分散均匀且容易被固化在环氧树脂中形成微纳复合结构，有利于疏水；而聚四氟乙烯粒子经表面等离子处理后，能与基体环氧树脂有良好的粘结性，但是其本质低表面能不受损失，仍能起到明显抗油污的功能。
实施例子
下面结合实施例，对本发明的内容作更具体的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1、一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其原料质量配比是：
水性环氧树脂：60%、其中A：B质量比是=3：1，
纳米SiO2：5%，
聚四氟乙烯粒子：32%，
消泡剂：0.5%，
增粘剂：2.5%；
制备工艺：
（1）先将粒径是D50≤10nm的纳米SiO2分散入乙醇稀释后的硅烷偶联剂中，然后高速搅拌，并超声处理5~10min，干燥后用破碎机分散待用；其偶联剂用量是其质量分数的1.5%。；
（2）将粒径D50≤5μm、分子量是50000的聚四氟乙烯粒子加入密闭的低温等离子容器中，处理10s，等离子功率采用200W；
（3）最后将偶联过的纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子一起加入环氧树脂A中，缓慢搅拌并加入环氧树脂B组分，依次加入水性增粘剂和水性消泡剂；最后超声分散10min；待气泡消除后喷涂于工件表面；室温干燥4h后测该涂层与水的表面接触角是148°，与植物油的接触角是96°；具有疏水、疏油特性。
实施例2、一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其原料质量配比是：
水性环氧树脂：50%、其中A：B质量比是=3：1，
纳米SiO2：10%，
聚四氟乙烯粒子：35%，
消泡剂：2%，
增粘剂：3%；
制备工艺：
（1）先将粒径是D50≤10nm的纳米SiO2分散入乙醇稀释后的硅烷偶联剂中，然后高速搅拌，并超声处理10min，干燥后用破碎机分散待用；其偶联剂用量是其质量分数的1.5%。；
（2）将粒径D50≤5μm、分子量是80000的聚四氟乙烯粒子加入密闭的低温等离子容器中，处理10s，等离子功率采用200W；
（3）最后将偶联过的纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子一起加入环氧树脂A中，缓慢搅拌并加入环氧树脂B组分，依次加入水性增粘剂和水性消泡剂；最后超声分散10min；待气泡消除后喷涂于工件表面；室温干燥4h后测该涂层与水的表面接触角是152°，与植物油的接触角是101°；具有疏水、疏油特性。
实施例3、一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其原料质量配比是：
水性环氧树脂：40%、其中A：B质量比是=3：1，
纳米SiO2：10%，
聚四氟乙烯粒子：45%，
消泡剂：2%，
增粘剂：3%；
制备工艺：
（1）先将粒径是D50≤10nm的纳米SiO2分散入乙醇稀释后的硅烷偶联剂中，然后高速搅拌，并超声处理10min，干燥后用破碎机分散待用；其偶联剂用量是其质量分数的1.5%。；
（2）将粒径D50≤5μm、分子量是100000的聚四氟乙烯粒子加入密闭的低温等离子容器中，处理10s，等离子功率采用200W；
（3）最后将偶联过的纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子一起加入环氧树脂A中，缓慢搅拌并加入环氧树脂B组分，依次加入水性增粘剂和水性消泡剂；最后超声分散10min；待气泡消除后喷涂于工件表面；室温干燥4h后测该涂层与水的表面接触角是158°，与植物油的接触角是114°；具有极大的疏水、疏油特性。
Claims (6)
1.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于该涂料由双组份的环氧树脂作为成膜剂、纳米二氧化硅和聚四氟乙烯粒子作为填料，其组份按照以下质量比例配成：
水性环氧树脂：30~70%，
纳米SiO2：5~10%，
聚四氟乙烯粒子：20~50%，
消泡剂：0.5~2%，
增粘剂：1~5%；上述所有组份之和为100%。
2.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的环氧树脂是由A组份和B组份组成，二者质量比A:B=3:1，且A树脂是水溶性的，其固含量是65%，B组份是胺类固化剂；可以常温固化。
3.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的纳米SiO2的粒径是D50≤10nm；其表面采用硅烷偶联剂进行表面处理，偶联剂用量是其质量分数的1.5%。
4.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的聚四氟乙烯粒子的粒径是D50≤5μm，分子量是50000~100000；其粒子表面经过低温等离子体处理，采用空气做气源，处理功率是100~200W，时间是10~30s。
5.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的消泡剂是水性有机硅消泡剂，所述的增粘剂是水性增粘剂。
6.一种具有疏水疏油特性的自清洁涂料，其所述的特征在于所述的自清洁涂料制备工艺是先将纳米SiO2分散入乙醇稀释后的硅烷偶联剂中，然后高速搅拌，并超色处理5~10min，干燥后用破碎机分散待用；同时，将聚四氟乙烯粒子加入密闭的低温等离子容器中，处理10~30s；最后将偶联过的纳米SiO2和聚四氟乙烯粒子一起加入环氧树脂A中，缓慢搅拌并加入环氧树脂B组分，依次加入增粘剂和消泡剂；最后超声分散10min；待气泡消除后涂装于工件表面。
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