CN113801572A - 一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法 - Google Patents

一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于超疏水材料技术领域，涉及一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法。本发明将用作锂电池隔膜材料的勃姆石材料用作超疏水涂料的组分，利用其独特的晶体结构，使其在制备成涂层时的表面形成超疏水材料的微纳米结构；并且由于勃姆石具有分散均一稳定、比表面大和成本低廉的特点，因此在后期材料应用时，将其组分A和组分B按比例进行简单的分散混匀，再涂覆于目标物体表面，固化后即可形成高稳定性的超疏水、高稳定纳米陶瓷涂层。本发明提供的超疏水涂料价格低廉，使用方法简单工艺周期较短，且可应用于各种基底，易于大规模推广和使用，可应用于海洋、沿海地区和船舶等场景，能够很好的实现防结冰、自清洁和耐腐蚀。

Description

一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法
技术领域
本发明属于超疏水材料技术领域，涉及一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法。
背景技术
市面上的商用疏水或防结冰涂料，虽然具有制备简便，固化快，有一定疏水性的特点，但总体来说，单价过高，并且最重要的疏水性能方面也只能达到普通的疏水效果，难以实现类似船舶材料防腐和风机叶片防冻；此外，疏水材料由高分子构成，在紫外线的长期辐照下，材料发生老化，造成稳定性下降。因此，能够应用于多环境的超疏水且价格低廉的涂料技术亟待开发。
另外，涂层的制备是改善基底材料表面性能、扩大其应用领域的关键技术。通常超疏水涂层是指水接触角大于150度，滑动角小于10度的涂层材料,这种特殊的材料的设计来源于一些自然物种的疏水现象，如沙漠甲虫、荷叶和蝴蝶翅膀等。超疏水表面可被应用于各种领域，如自清洁、油水分离、集水、防冰结和防腐。想要获得超疏水性能有两个决定性因素，第一是能够提供低表面能的化学成分，第二是在表面形成合适的微纳米结构。
已经报道了许多方法来创建超疏水表面，目前常用的制备方法包括电纺、自组装、溶胶-凝胶法和飞秒激光处理。然而，所制备的超疏水涂层非常容易受到破坏导致涂层失效，主要是因为其粗糙的表面形貌容易被机械磨损破坏，与基材的附着力较弱，并且抗恶劣条件的能力较差，这是超疏水材料广泛应用的主要障碍之一。
总体来讲，目前超疏水、高稳定涂层的大范围应用存在以下几点问题：首先由于超疏水表面的常见材料体系是Si基材料、F基材料和金属氧化物，市场每公斤单价近千元成本高昂；其次，其大多数技术只能在特定大小的小板模具上实现涂层的制备，无法推广到更多更大的表面进行应用；最后，在自然环境中易受到紫外线照射，长时间照射下涂层表面会快速老化失效，稳定性差。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有超疏水材料原料价格相对较高以及受限于工艺难以大规模应用的问题，本发明提供了一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料及其使用方法，从超疏水涂料技术难以大面积应用推广的当前局限性出发，并兼顾经济性和实用性，改良原料配比和应用难度，同时实现超疏水涂料单价低廉、固化快、可简单的大面积应用以及高稳定性
一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料，包括A、B两种组分。
其中A组分按质量比计为：勃姆石纳米粉5～15wt％，聚二甲基硅氧烷5～15wt％，铂催化剂0.5～1.5wt‰，双酚A型环氧树脂5～15wt％和乙酸乙酯60-85wt％。
B组分按质量比计为：含氢硅油10～60wt％，二亚乙基三胺20～45wt％，丁基缩水甘油醚的加成物20～45wt％。
进一步的，所述勃姆石纳米粉纯度≥99.0％，粒径为10～60nm。
进一步的，所述聚二甲基硅氧烷粘度为2000～4000mPa.s，分子量2000-5000。
上述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料的使用方法，具体步骤如下：
步骤1、将涂料组分A和涂料组分B，按质量比A:B＝4:1～10:1的比例分散混匀得混合液，以利于涂层的性能更加稳定。
步骤2、将步骤1分散混匀所得的混合液涂覆于目标物体表面，待其固化即可形成超疏水、高稳定纳米陶瓷涂层。
进一步的，所述步骤2涂覆的方式为喷涂或旋涂。
进一步的，所述步骤2固化方式为常温自然固化或低于100摄氏度烘干。
本发明将用作锂电池隔膜材料的勃姆石材料用作超疏水涂料的组分，利用其独特的晶体结构(具有优良的电化学稳定性、绝缘性、耐热性等)，使其在制备成涂层时的表面形成超疏水材料的微纳米结构；并且由于勃姆石具有分散均一稳定、比表面大和成本低廉的特点，能够很好的提供超疏水所需的粗糙度，并在基底表面沉降形成微纳米结构，制备的涂层整体疏水性均匀稳定；因此在后期超疏水材料应用时，将其组分A和组分B按照一定比例进行简单的分散混匀，再涂覆于目标物体表面，固化后即可形成高稳定性的超疏水、高稳定纳米陶瓷涂层。降低了成本，使用工艺简单、且整体工艺时间周期较短，并提升了稳定性。
综上所述，本发明提供的超疏水涂料价格低廉，使用方法简单工艺周期较短，且可应用于各种基底，易于大规模推广和使用。此外，制备出的涂层，具备超疏水性，在疏水性能方面明显比市售疏水涂料制备出的涂层好，且能够有效的防止涂层老化，可应用于海洋、沿海地区和船舶等场景，能够很好的实现防结冰、自清洁和耐腐蚀；对疏水涂料及疏水涂层的制备具有指导意义。
附图说明
图1是实施例1的涂层水接触角。
图2是实施例2的涂层水接触角。
图3是实施例3的涂层水接触角。
图4是实施例4的涂层水接触角。
图5是实施例5的涂层水接触角。
图6是实施例6的涂层水接触角。
图7是实施例7的涂层水接触角。
图8是实施例8的涂层水接触角。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
本实施例中：采用超声波清洗机(JP-010T，深圳市洁盟清洗设备有限公司)分散超疏水、高稳定纳米陶瓷材料组分A和组分B的混合物，采用气动喷枪(W-71，HOKIA)在基底表面喷涂，采用鼓风干燥箱(DHG-9240A，上海一恒科学仪器有限公司)固化喷涂完成的基底，采用接触角测量仪(JC2000D，上海中晨数字技术设备有限公司)测试涂层的水接触角。
实施例：
步骤1、备料：
将勃姆石纳米粉，聚二甲基硅氧烷，铂催化剂，双酚A型环氧树脂，和乙酸乙酯混合获得涂料组分A。
将含氢硅油，二亚乙基三胺，和丁基缩水甘油醚的加成物混合获得涂料组分B。
步骤2、将步骤1所备涂料组分A和组分B全部加入烧杯，再进行超声混匀处理3分钟。
步骤3、然后将步骤2所得涂料装入喷枪，均匀喷涂在铝板表面。
步骤4、将步骤3喷涂完成的铝板放入烘箱内，烘箱设置温度60℃，保温2小时，之后得到疏水纳米陶瓷涂层。
表1为8组实施例各涂料组分及对应所得涂层性能。表中各组分含量单位为克；接触角、滚动角单位均为度，紫外辐射前后的性能对比(测试条件：辐射照度为0.89mW/cm2,时间1000h)单位：度。其中，A：勃姆石纳米粉；B：聚二甲基硅氧烷；C：铂催化剂；D：双酚A型环氧树脂；E：乙酸乙酯；F：含氢硅油；G：二亚乙基三胺；H：丁基缩水甘油醚的加成物。
Figure BDA0003264985640000031
Figure BDA0003264985640000041
图1-图8示出了实施例1-8对应所得的涂层水接触角，通过上述8组实施例的实验数据以及测试结果可见，本发明通过将特定高分子材料和纳米陶瓷材料通过简易的机械式混合和分散即可制备出所需的超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料，该涂料本身具有价格低廉、操作简单、固化快等优点，易于进行大规模生产和加工；并且通过该涂料制备的涂层可以应用到不同大小、不同规格的目标基底上，制备出的涂层也具有超疏水性、高耐久性、高稳定性等优点，可应用于海洋、沿海地区和船舶等场景，能够很好的实现防结冰、自清洁和耐腐蚀，适合大规模推广和使用，对超疏水涂料及疏水涂层的制备具有指导意义。

Claims (6)

1.一种超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料，其特征在于：包括A、B两种组分；
其中A组分按质量比计为：勃姆石纳米粉5～15wt％，聚二甲基硅氧烷5～15wt％，铂催化剂0.5～1.5wt‰，双酚A型环氧树脂5～15wt％和乙酸乙酯60-85wt％；
B组分按质量比计为：含氢硅油10～60wt％，二亚乙基三胺20～45wt％，丁基缩水甘油醚的加成物20～45wt％。
2.如权利要求1所述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述勃姆石纳米粉纯度≥99.0％，粒径为10～60nm。
3.如权利要求1所述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷粘度为2000～4000mPa.s，分子量2000-5000。
4.如权利要求1所述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将涂料组分A和涂料组分B，按质量比A:B＝4:1～10:1的比例分散混匀，得混合液；
步骤2、将步骤1分散混匀所得的混合液涂覆于目标物体表面，待其固化即可形成超疏水、高稳定纳米陶瓷涂层。
5.如权利要求4所述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料的使用方法，其特征在于：所述步骤2涂覆的方式为喷涂或旋涂。
6.如权利要求4所述超疏水、高稳定纳米陶瓷涂料的使用方法，其特征在于：所述步骤2固化方式为常温自然固化或低于100摄氏度烘干。
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