CN114989724A - 一种超滑减阻涂层及制备方法 - Google Patents

一种超滑减阻涂层及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超滑减阻涂层及其制备方法，(1)氟硅树脂混合液的制备；(2)取固化剂0.6‑1.9份，流平助剂0.1‑2.1份，分散剂0.2‑1份混合均匀得到混合液备用；(3)取步骤(1)中制备的95‑99份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的1‑5份混合液；(4)将步骤(3)中的混合液采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S”型喷涂，得到超疏水氟硅树脂涂层；(5)浸入到盛有全氟聚醚润滑油中，拿出后得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。本发明方法分别有一步喷涂沉积法和浸泡法，区别于其他涂层的两步喷涂法、多部喷涂法和模板法等等，一步喷涂法制备的涂层具有适用性广、制备简便，可以大量生产等优点。

Description

一种超滑减阻涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种涂层及制备方法，具体涉及一种超滑减阻涂层及制备方法。
背景技术
地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71％，这为海洋运输提供了天然的航道，并且不受道路的限制。随着经济、社会、文化、生态和政治的不断发展，可以随时做出航线的调整来完成运输任务。同时，船舶运输能力大，使用时间长，续航能力大，单位运输成本低，为大件货物的运输提供了有利条件。但是，大型船只在运输过程中会受到海水的阻力，这份阻力大大增加了海洋运输能源的消耗。氟硅树脂是一种透明、无机械杂质且均匀的液体，具有表面能低、摩擦系数低、自清洁性能强、耐候性强、防水性好等特点，在与无机填料混合后稳定性高，因此被广泛用于建筑外墙、钢架结构和船体表面等领域。超滑涂层减阻的关键是减阻涂料的制备、喷涂技术和超滑液体的灌注三方面，超滑涂层减阻的原理是超滑表面有一层油膜，该油膜避免了液体与基体的直接接触，从而实现了减阻的目的。在海上运输成为主要运输方式的今天，开发一种适用性广、制备简便、稳定性高且耐久性强的超滑减阻涂层对降低能源消耗有很大的现实意义。
目前，常用的超滑涂层的制备方法有涂覆法和浸渍法。本发明将颜料和树脂等均匀混合，通过一步喷涂法并且采用特殊的喷涂路径制备超疏水氟硅树脂涂层，然后将制备好的超疏水氟硅树脂涂层浸在润滑油中，取出后得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐久性强，适用性广，制备简便，稳定性好的超滑减阻涂层及制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种超滑减阻涂层，由以下质量份组分组成：氟硅树脂混合液95-99份、固化剂0.6-1.9份、流平助剂0.1-2.1份、分散剂0.2-1份；
所述的氟硅树脂混合液为按质量份计(以下皆为按质量份计)，由12-18份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性的二氧化钛、12-22份氟硅树脂和60-80份溶剂复配制得；
所述溶剂为正己烷或乙酸乙酯的一种或两种；
所述固化剂为聚氨酯或异氰酸酯中的一种或两种；
所述流平助剂为聚丙烯酸酯或聚氨酯中的一种或两种；
所述分散剂为改性脲溶液。
一种超滑减阻涂层的制备方法，由以下步骤制备而成：
(1)氟硅树脂混合液的制备：
a.取10-30份纳米TiO2溶于68.5-89.5份酒精，加入0.5-1.5份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性，加入0.1-0.2份二月硅酸二丁基锡，在40-80℃下磁力搅拌器2-4h，然后离心机离心，离心转速为2000-4000r/min，时间为10-20min，最后在60-80℃干燥箱中干燥24-48h；
b.取12-18份干燥后的改性纳米TiO2、12-22份氟硅树脂和60-80份正己烷溶液混合均匀后加入磨珠，进行球磨处理，球磨机转速为400-800r/min，时间为10-30min；
c.将球磨后的混合液静置，采用1000-5000目不锈钢滤网过滤得到滤液；
(2)取固化剂0.6-1.9份，流平助剂0.1-2.1份，分散剂0.2-1份混合均匀，进行球磨处理，球磨机转速为400-800r/min，时间为10-30min得到混合液备用；
(3)取步骤(1)中制备的95-99份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的1-5份混合液，球磨机在400-1000r/min转速下搅拌10-30min；
(4)将步骤(3)中的混合液倒入喷枪中，喷涂过程先从样品旁边空气开始，采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S“型喷涂，直到样板完全被涂层覆盖，得到超疏水氟硅树脂涂层，在室温下干燥48-72h；
(5)将步骤(4)中的测试板浸入到盛有500-1000g的全氟聚醚润滑油中0.5-1h，拿出后垂直放置24-48h，得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
在改性过程中十三氟辛基三乙氧基硅烷水解产生羟基，与纳米TiO2的羟基发生化学反应，在TiO2表面产生疏水的有机基团后表面性质变化，表面能降低，从而增强TiO2粒子在体系中的相容性和分散性。将疏水TiO2颗粒作为填料加入到氟硅树脂中，使其具有超疏水性能，并且不会造成氟硅树脂涂层力学性能下降，然后将其浸泡在全氟聚醚润滑油中，取出后干燥得到超滑涂层。本发明中制备的涂层，不仅保持优良的稳定性，而且对促进超滑减阻涂层的工程化应用具有重要意义。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明超滑减阻涂层的制备方法分别有一步喷涂沉积法和浸泡法。区别于其他涂层的两步喷涂法、多部喷涂法和模板法等等，一步喷涂法制备的涂层具有适用性广、制备简便，可以大量生产等优点。此外，利用该技术得到涂层与基体有着较强的结合力，使得在长期服役过程中不易破裂脱落，且接触角大于150°，表面会产生粗糙的微纳米分层结构；具有微纳米分层结构的涂层在进行浸泡时，利于对润滑油进行储存，使油膜在表面存在很长时间，进而能保证涂层的减阻效果，即使涂层表面经过长时间在水下的浸泡，仍旧保持高的减阻效果。
附图说明
图1是实施例1超滑涂层水接触角图；
图2是实施例2超滑涂层水接触角图；
图3是实施例3超滑涂层水接触角图；
图4是三种超滑涂层扭矩与转速的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明：
实施例1：
(1)氟硅树脂混合液的制备：
a.取10份纳米TiO2溶于89.4份酒精，加入0.5份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性，并加入0.1份二月硅酸二丁基锡，在40℃下磁力搅拌器搅拌2h，然后离心机离心，离心转速为4000r/min，时间为10min，最后在60℃下干燥48h；
b.取12份干燥后的改性纳米TiO2、8份氟硅树脂和80份的正己烷溶液混合均匀后加入磨珠，进行球磨处理，球磨机转速为400r/min，时间为30min；
c.将球磨后的混合液静置，采用5000目不锈钢滤网过滤得到滤液；
(2)取固化剂0.6份，流平助剂0.5份，分散剂0.3份，混合均匀，进行球磨处理，球磨机转速为400r/min，时间为10min,得到混合液备用；
(3)取步骤(1)中制备的99份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的1份混合液，球磨机在400r/min转速下搅拌10min；
(4)将步骤(3)中的混合液倒入喷枪中，喷涂过程先从样品旁边空气开始，采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S”型喷涂，直到样板完全被涂层覆盖，得到超疏水氟硅树脂涂层，在室温下干燥48h。
(5)将步骤(4)中的样板浸入到盛有500g的全氟聚醚润滑油中0.5h，拿出后垂直放置24h，得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
实施例2：
(1)氟硅树脂混合液的制备：
a.取20份纳米TiO2溶于78.9份酒精，加入1份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性，并加入0.2份二月硅酸二丁基锡，在60℃下磁力搅拌器搅拌3h，然后离心机离心，离心转速为3000r/min，时间为15min，最后在70℃下干燥36h；
b.取15份干燥后的改性纳米TiO2、15份氟硅树脂和70份的正己烷溶液混合均匀后加入磨珠，进行球磨处理，球磨机转速为600r/min，时间为20min；
c.将球磨后的混合液静置，采用3000目不锈钢滤网过滤得到滤液；
(2)取固化剂1份，流平助剂1份，分散剂0.6份，混合均匀，进行球磨处理，球磨机转速为600r/min，时间为20min，得到混合液备用；
(3)取步骤(1)中制备的97份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的3份混合液，球磨机在700r/min转速下搅拌20min；
(4)将步骤(3)中的混合液倒入喷枪中，喷涂过程先从样品旁边空气开始，采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S”型喷涂，直到样板完全被涂层覆盖，得到超疏水氟硅树脂涂层，在室温下干燥60h。
(5)将步骤(4)中的样板浸入到盛有750g的全氟聚醚润滑油中0.5h，拿出后垂直放置36h，得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
实施例3：
(1)氟硅树脂混合液的制备：
a.取30份纳米TiO2溶于68.3份酒精，加入1.5份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性，并加入0.2份二月硅酸二丁基锡，在80℃下磁力搅拌器搅拌4h，然后离心机离心，离心转速为2000r/min，时间为20min，最后在80℃下干燥24h；
b.取18份干燥后的改性纳米TiO2、22份氟硅树脂和60份的正己烷溶液混合均匀后加入磨珠，进行球磨处理，球磨机转速为800r/min，时间为10min；
c.将球磨后的混合液静置，采用1000目不锈钢滤网过滤得到滤液；
(2)取固化剂1.4份，流平助剂1.5份，分散剂0.9份，混合均匀，进行球磨处理，球磨机转速为800r/min，时间为30min,得到混合液备用；
(3)取步骤(1)中制备的95份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的5份混合液，球磨机在1000r/min转速下搅拌30min；
(4)将步骤(3)中的混合液倒入喷枪中，喷涂过程先从样品旁边空气开始，采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S”型喷涂，直到样板完全被涂层覆盖，得到超疏水氟硅树脂涂层，在室温下干燥72h。
(5)将步骤(4)中的样板浸入到盛有1000g的全氟聚醚润滑油中1h，拿出后垂直放置48h，得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
图1的超滑涂层水接触角为103°，图2的超滑涂层水接触角为99°，图3的超滑涂层水接触角为100°，根据接触角测试图和扭矩与转速关系图可知，润滑油处理后的三种涂层水接触角值均为101±2°，这说明三种方法制备的涂层表面能是一样的，所以水接触角值基本一致。在进行阻力测试时，三种涂层均达到了减阻的效果，并且基底涂层填料用量越多的超滑涂层减阻效果越好。

Claims (6)

1.一种超滑减阻涂层，其特征是，由以下质量份组分组成：氟硅树脂混合液95-99份、固化剂0.6-1.9份、流平助剂0.1-2.1份、分散剂0.2-1份；
所述的氟硅树脂混合液为按质量份计，由12-18份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性的二氧化钛、12-22份氟硅树脂和60-80份溶剂复配制得。
2.根据权利要求1所述的超滑减阻涂层，其特征是，所述溶剂为正己烷或乙酸乙酯的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的超滑减阻涂层，其特征是，所述固化剂为聚氨酯或异氰酸酯中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的超滑减阻涂层，其特征是，所述流平助剂为聚丙烯酸酯或聚氨酯中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的超滑减阻涂层，其特征是，所述分散剂为改性脲溶液。
6.一种超滑减阻涂层的制备方法，其特征是，由以下步骤制备而成：
(1)氟硅树脂混合液的制备：
a.取10-30份纳米TiO2溶于68.5-89.5份酒精，加入0.5-1.5份十三氟辛基三乙氧基硅烷改性，加入0.1-0.2份二月硅酸二丁基锡，在40-80℃下磁力搅拌器2-4h，然后离心机离心，离心转速为2000-4000r/min，时间为10-20min，最后在60-80℃干燥箱中干燥24-48h；
b.取12-18份干燥后的改性纳米TiO2、12-22份氟硅树脂和60-80份正己烷溶液混合均匀后加入磨珠，进行球磨处理，球磨机转速为400-800r/min，时间为10-30min；
c.将球磨后的混合液静置，采用1000-5000目不锈钢滤网过滤得到滤液；
(2)取固化剂0.6-1.9份，流平助剂0.1-2.1份，分散剂0.2-1份混合均匀，进行球磨处理，球磨机转速为400-800r/min，时间为10-30min得到混合液备用；
(3)取步骤(1)中制备的95-99份氟硅树脂混合液，加入步骤(2)中制备的1-5份混合液，球磨机在400-1000r/min转速下搅拌10-30min；
(4)将步骤(3)中的混合液倒入喷枪中，喷涂过程先从样品旁边空气开始，采用环绕式喷涂法先从左到右，再从右到左“S“型喷涂，直到测试版完全被涂层覆盖，得到超疏水氟硅树脂涂层，在室温下干燥48-72h；
(5)将步骤(4)中的测试板浸入到盛有500-1000g的全氟聚醚润滑油中0.5-1h，拿出后垂直放置24-48h，得到具有减阻功能的超滑氟硅树脂涂层。
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