CN115785705B - 一种有机无机杂化疏水阻湿涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机无机杂化疏水阻湿涂层及其制备方法和应用，涉及疏水阻湿材料技术领域。本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括依次涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆和面漆；所述底漆的原料组成包括第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷；所述面漆的原料组成包括第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料。本发明通过底、面相结合的方式，形成与基底结合强度高、力学匹配性好，并且具有优异的疏水和阻隔性能的有机无机杂化阻湿涂层，达到长效阻湿的目的，能够解决基材，尤其是硬质闭孔聚氨酯泡沫的易吸湿问题，防止其因吸湿造成溶胀变化，进而影响后续安装使用以及实际工况下服役的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及疏水阻湿材料技术领域，特别涉及一种有机无机杂化疏水阻湿涂层及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯泡沫，因其独有的结构及优异的物理、力学性能已被广泛应用。然而聚氨酯泡沫对湿气极为敏感，即使是表面具有致密的硬质结皮结构，其仍然存在孔缺陷，因而在实际应用中存在严重的吸湿问题。在使用过程中一部分水分子由表面逐步渗透到泡沫内部，在氢键相互作用下与内部基团形成难以脱附的结合水，造成泡沫吸水溶胀、老化等，影响其尺寸精度及使用寿命；此外部分水汽会直接透过聚氨酯泡沫，对被包裹材料特别是与其直接接触的金属制品等产生腐蚀，以及其他可能带来的负面影响，严重影响其服役安全性及稳定性。为此，亟需构筑高阻湿界面材料以解决聚氨酯泡沫吸湿、透湿问题。
为达到上述目的，在聚氨酯泡沫表面构筑致密的疏水阻湿涂层是一个非常有效的手段，在覆盖泡沫表面孔缺陷的同时，利用界面疏水性减弱其与水分子的相互作用，降低湿气吸附及透过量。然而，通常疏水阻湿涂层表面能较低，与基底的结合力较弱；疏水聚合物自由体积较大，水分子易渗透，极大地限制了其应用。例如现有技术中公开了将含氟聚合物(含氟聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物)的溶液旋涂在基材表面制备疏水阻湿涂层，所获得的涂层大多表现出极低的表面能，它们与基材表面的附着力较弱，稳定性差。
聚硅氮烷是一类主链以Si-NH-Si键为重复单元的聚合物材料，在室温下即可水解固化形成致密的三维交联结构，同时Si-NH-Si键和基材表面的-OH容易反应，与基材具有良好的结合力；其中，全氢聚硅氮烷还可水解转化成阻湿性能优异的无机硅氧化合物。但聚硅氮烷涂层硬度高，与聚合物基底力学匹配性较差，内应力较大，易在固化过程中与基底表面剥离。如何利用聚硅氮烷构筑与聚氨酯泡沫力学匹配性好、疏水性强、阻湿性好的阻湿涂层至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种有机无机杂化疏水阻湿涂层及其制备方法和应用。本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层与基底结合强度高、力学匹配性好，并且具有优异的疏水和阻湿性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括依次涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆和面漆；所述底漆的原料组成包括第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷，所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷的质量比为10:(1～3):(0.5～1)；所述面漆的原料组成包括第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料，所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇的质量比为10:(0.5～1)，所述Mxenes填料在面漆中的质量含量为0.1～1％。
优选的，所述第一全氢无机聚硅氮烷和第二全氢无机聚硅氮烷具有式Ⅰ所示结构：
式Ⅰ中m1为10～100；
所述有机聚硅氮烷具有式Ⅱ所示结构：
式Ⅱ中，R1、R2为CH3或H，m2为10～60；
所述双端醇羟基长链烷基硅油具有式Ⅲ所示结构：
式Ⅲ中，x为20～30，y为2～10；
所述全氟聚醚醇具有式Ⅳ所示结构：
式Ⅳ中，n为3～8。
优选的，所述底漆和面漆中还分别包括润湿分散剂、消泡剂和流平剂；所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂的质量独立的为底漆或面漆质量的0.01～0.5％。
优选的，所述底漆的涂层厚度为1～10μm，所述面漆的涂层厚度为10～90μm。
优选的，所述基材为聚氨酯泡沫。
本发明提供了以上技术方案所述有机无机杂化疏水阻湿涂层的制备方法，包括以下步骤：
将基材进行表面羟基化处理，得到预活化处理基材；
将所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷混合进行第一球磨，得到底漆涂料；
将所述第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料混合进行第二球磨，得到面漆涂料；
在所述预活化处理基材表面喷涂所述底漆涂料进行第一固化；再在形成的底漆涂膜表面喷涂所述面漆涂料进行第二固化，得到所述有机无机杂化疏水阻湿涂层。
优选的，采用氧等离子体清洗机进行所述表面羟基化处理，所述表面羟基化处理的功率为100W，时间为30～60s。
优选的，所述第一球磨和第二球磨的球磨速率分别为20～30r/min，球磨时间分别为8～10h。
优选的，所述第一固化的温度为25～50℃，固化时间为10～40min；所述第二固化的温度为25～50℃，固化时间为2～5天。
本发明提供了以上技术方案所述有机无机杂化疏水阻湿涂层或以上技术方案所述制备方法制备得到的有机无机杂化疏水阻湿涂层在阻湿防护领域中的应用。
本发明提供了一种有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括依次涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆和面漆；所述底漆的原料组成包括第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷，所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷的质量比为10:(1～3):(0.5～1)；所述面漆的原料组成包括第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料，所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇的质量比为10:(0.5～1)，所述Mxenes填料在面漆中的质量含量为0.1～1％。本发明具有如下有益效果：
本发明以全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷作为底漆涂覆在羟基化处理的基材表面，活化处理的基底表面存在大量羟基，可以和水解后的聚硅氮烷链段相互键合，提高涂层与基底间的附着力，而且全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷三者反应可形成有机无机杂化的交联结构，降低涂层内聚能，使其与基底的力学匹配性和附着性大幅提升；
本发明以全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇作为面漆粘结剂，同时加入阻隔性能优异的片状Mxenes填料，面漆涂层中，聚硅氮烷水解形成无机硅氧化合物具有优异的阻湿性能，片状Mxenes填料增长水分子的扩散路径，降低基材的吸湿；同时全氟聚醚醇的加入，能够使涂层疏水性增强，减弱涂层与水分子的相互作用，降低水分子的吸附量，减少水分子的渗透；
本发明通过底、面相结合的方式，形成与基底结合强度高、力学匹配性好，并且具有优异的疏水和阻隔性能的有机无机杂化阻湿涂层，达到长效阻湿的目的。本发明提供的有机无机杂化的疏水阻湿涂层能够解决基材，尤其是硬质闭孔聚氨酯泡沫的易吸湿问题，防止其因吸湿造成溶胀变化，进而影响后续安装使用以及实际工况下服役的安全性。本发明提供的有机无机杂化的疏水阻湿涂层可在阻湿防护领域中广泛应用，如应用于建筑板材防水阻湿一体化、精密仪器外部保护等。
附图说明
图1是本发明提供的提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层中底漆和面漆形成的化学交联结构示意图；
图2是本发明制备有机无机杂化疏水阻湿涂层的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括依次涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆和面漆；所述底漆的原料组成包括第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷，所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷的质量比为10:(1～3):(0.5～1)；所述面漆的原料组成包括第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料，所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇的质量比为10:(0.5～1)，所述Mxenes填料在面漆中的质量含量为0.1～1％。
在本发明中，若无特别说明，所述原材料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆。在本发明中，所述基材优选为聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫优选为硬质结皮聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫的密度优选为0.2～0.6g/cm3。在本发明中，所述底漆的原料组成包括第一全氢无机聚硅氮烷(在本发明实施例中，全氢无机聚硅氮烷也称为全氢无机聚硅氮烷预聚液)、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷，所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷的质量比为10:(1～3):(0.5～1)，优选为10:3:1。
在本发明中，所述第一全氢无机聚硅氮烷优选具有式Ⅰ所示结构：
式Ⅰ中m1为10～100；
所述有机聚硅氮烷优选具有式Ⅱ所示结构：
式Ⅱ中，R1、R2为CH3或H，m2为10～60；
所述双端醇羟基长链烷基硅油优选具有式Ⅲ所示结构：
式Ⅲ中，x为20～30，y为2～10。
在本发明实施例中，所述第一全氢无机聚硅氮烷购自安徽艾约塔硅油有限公司，型号为IOTA-PHPS；所述双端醇羟基长链烷基硅油购自安徽艾约塔硅油有限公司，型号为IOTA-8865H；所述有机聚硅氮烷购自安徽艾约塔硅油有限公司，型号为IOTA-OPSZ 9150。
在本发明中，所述底漆中还优选包括润湿分散剂、消泡剂和流平剂；所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂的质量独立的优选为底漆质量的0.01～0.5％，更优选为0.1～0.3％。在本发明实施例中，所述润湿分散剂的型号优选为byk104s，所述消泡剂的型号优选为byk052，所述流平剂的型号优选为byk354。
在本发明中，所述底漆的涂层厚度优选为1～10μm，更优选为2～10μm。
本发明以双端醇羟基长链烷基硅油与第一全氢无机聚硅氮烷、有机聚硅氮烷作为底漆涂覆到羟基化处理的基材表面，活化处理的基底表面存在大量羟基，可以和水解后的第一全氢聚硅氮烷和有机聚硅氮烷链段相互键合，提高涂层与基底间的附着力；同时，本发明通过优化底漆中双端醇羟基长链烷基硅油加入的比例，使底漆涂层与基底力学匹配性能达到最佳，降低其内聚能，从而极大的增强涂层与基底的结合强度。
本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层包括涂覆在底漆表面的面漆；所述面漆的原料组成包括第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料。在本发明中，所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇的质量比为10:(0.5～1)，优选为10:(0.5～0.8)；所述Mxenes填料在面漆中的质量含量优选为0.1～1％，更优选为0.3～1％。在本发明中，所述Mxenes填料优选为少层片状结构，化学组成为Ti3AlC2，本发明对所述Mxenes填料的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员熟知的制备方法制备得到均可。在本发明中，所述第二全氢无机聚硅氮烷优选具有式Ⅰ所示结构，在本发明实施例中，所述第二全氢无机聚硅氮烷的来源与第一全氢无机聚硅氮烷相同，在此不再赘述；所述全氟聚醚醇优选具有式Ⅳ所示结构，在本发明实施例中，所述全氟聚醚醇购自麦克林公司，型号为P910026。
式Ⅳ中，n为3～8。
在本发明中，所述面漆中还优选包括润湿分散剂、消泡剂和流平剂；所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂的质量独立的优选为面漆质量的0.01～0.5％，更优选为0.1～0.3％。在本发明实施例中，所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂的型号与上述技术方案相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述面漆的涂层厚度优选为10～90μm，更优选为18～90μm。
本发明以全氟聚醚醇与全氢无机聚硅氮烷作为面漆粘结剂，同时加入阻隔性能优异的片状Mxenes填料，形成阻隔性能优异的低表面能涂层；其中，聚硅氮烷水解形成无机硅氧化合物具有优异的阻湿性能；片状Mxenes填料的加入使得水分子的扩散路径增长，扩散速率降低，进一步提升阻湿性能；全氟聚醚醇能够改性增强面漆涂层的疏水性能，减弱其与水分子的相互作用、降低水分子在表面的吸附量，起到降低吸湿量的作用。
本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层中底漆和面漆形成的化学交联结构如图1所示，图1中，R代表氧元素、双端醇羟基长链烷基硅油链段或有机聚硅氮烷链段。如图1所示，本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层中底漆和面漆涂层间是以Si-O键连接，本发明中底漆的主要组成为全氢无机聚硅氮烷预聚液、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷，面漆的主要组成为全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇，其中有机聚硅氮烷和全氢无机聚硅氮烷的区别在于有机聚硅氮烷Si侧链为一个甲基或两个甲基，而全氢无机聚硅氮烷Si侧链都为H，两者主链都为Si-N结构，在底漆固化一定时间时，此时底漆属于不完全固化状态，将面漆喷涂于底漆表面，两者中所含的聚硅氮烷会在继续水解、缩合固化时相互键合，产生强结合，使完全固化后的涂层更整体。本发明中面漆和底漆引入不同的分子结构，底漆主要解决与基底的力学匹配性，避免单纯的聚硅氮烷涂层固化后内应力过大而产生裂痕甚至剥离，而面漆主要为形成致密结构，且含有填料以及疏水改性表面，以完成阻湿。从整体结构来讲，基材，尤其是泡沫基材，其高分子链段相对柔性，本发明底漆中长链硅油(双端醇羟基长链烷基硅油)的加入可以起到平衡底漆柔性和刚性链段比例的作用，使底漆与基底更好的结合，底漆涂层也作为过渡层以更好的键合面漆，使得基材界面、底漆、面漆三者成为一个整体。本发明通过底、面相结合的方式，形成与基底结合强度高、力学匹配性好，并且具有优异的疏水和阻隔性能的有机无机杂化阻湿涂层，达到长效阻湿的目的。
本发明提供了以上技术方案所述有机无机杂化疏水阻湿涂层的制备方法，包括以下步骤：
将基材进行表面羟基化处理，得到预活化处理基材；
将所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷混合进行第一球磨，得到底漆涂料；
将所述第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料混合进行第二球磨，得到面漆涂料；
在所述预活化处理基材表面喷涂所述底漆涂料进行第一固化；再在形成的底漆涂膜表面喷涂所述面漆涂料进行第二固化，得到所述有机无机杂化疏水阻湿涂层。
本发明制备所述有机无机杂化疏水阻湿涂层的流程如图2所示，下面对所述有机无机杂化疏水阻湿涂层的制备方法进行详细说明。
本发明将基材进行表面羟基化处理，得到预活化处理基材。在本发明中，所述基材优选为聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫优选为硬质结皮聚氨酯泡沫。在所述表面羟基化处理前，本发明优选将所述基材依次用乙醇和去离子水清洗后进行干燥。本发明优选采用氧等离子体清洗机进行所述表面羟基化处理，所述表面羟基化处理的功率优选为100W，时间优选为30～60s，更优选为40s。
本发明将所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油、有机聚硅氮烷混合进行第一球磨，得到底漆涂料。本发明对所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷混合的方法没有特别的要求，保证各组分混合均匀即可；所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷混合所得混合液中还优选加入润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合均匀，所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂与上述技术方案相同，在此不再赘述。在本发明中，所述第一球磨的球磨速率优选为20～30r/min，更优选为30r/min，球磨时间优选为8～10h，更优选为10h。
本发明将所述第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇和Mxenes填料混合进行第二球磨，得到面漆涂料。本发明优选将所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇先混合均匀，再在所得混合液中加入Mxenes填料；所述混合液中还优选加入润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合均匀，所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂与上述技术方案相同，在此不再赘述。在本发明中，所述第二球磨的球磨速率优选为20～30r/min，更优选为30r/min，球磨时间优选为8～10h，更优选为10h。
得到底漆涂料和面漆涂料后，本发明在所述预活化处理基材表面涂覆所述底漆涂料进行第一固化；再在形成的底漆涂膜表面涂覆所述面漆涂料进行第二固化，得到所述有机无机杂化疏水阻湿涂层。在本发明中，所述涂覆的方式优选为喷涂，所述喷涂以喷涂均匀为准；所述底漆涂料的涂覆厚度以固化完全后形成的涂层厚度为1～10μm为准，所述面漆涂料的涂覆厚度以固化完全后形成的涂层厚度为10～90μm为准。在本发明中，所述第一固化的温度优选为25～50℃，更优选为25～40℃，固化时间优选为10～40min，更优选为20～30min；所述第二固化的温度优选为25～50℃，更优选为25～40℃，固化时间优选为2～5天，更优选为3～4天；经过所述第一固化，底漆属于不完全固化状态；经过所述第二固化，形成的涂层固化完全。
本发明提供了以上技术方案所述有机无机杂化疏水阻湿涂层或以上技术方案所述制备方法制备得到的有机无机杂化疏水阻湿涂层在阻湿防护领域中的应用。本发明提供的有机无机杂化的疏水阻湿涂层可在阻湿防护领域中广泛应用，如应用于建筑板材防水阻湿一体化、精密仪器外部保护等。
下面结合实施例对本发明提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
取表面平整且均匀厚度1cm、密度0.4g/cm3的聚氨酯泡沫，裁成直径7cm的圆形试样；将聚氨酯泡沫试样使用乙醇溶液进行清洗处理，然后使用去离子水清洗并参考标准GB/T 20313-2005，在40±2℃烘箱中干燥，记录质量变化，当连续三次24h间隔的称量，质量变化小于0.1％，即视为恒重，可进行下一步操作。
将全氢无机聚硅氮烷预聚液、双端醇羟基长链烷基硅油、有机聚硅氮烷(三者质量比为10：3：1)混合均匀，得到混合液A；然后取混合液A 100g、润湿分散剂byk104s 0.1g、消泡剂byk0520.1g、流平剂byk3540.15g混合均匀，使用球磨机球磨10h，得到底漆A1。
将全氢无机聚硅氮烷预聚液和全氟聚醚醇(二者质量比为10：0.5)混合均匀，得到混合液B；然后取混合液B 1000g、片状Mxenes填料4g、润湿分散剂byk104s 2.5g、消泡剂byk0522 g和流平剂byk3543 g混合均匀，使用球磨机球磨10h，得到面漆B1。
取若干干燥后的聚氨酯泡沫，使用氧等离子体表面清洗机对聚氨酯泡沫进行羟基化处理，功率100W，处理时间40s，得到预处理基材；采用喷涂的方式将底漆A1均匀的喷涂到所述预处理基材的表面，40℃固化30min，然后在底漆A1表面继续喷涂面漆B1，40℃固化完全，即得到表面涂覆有机无机杂化疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样。
注：聚氨酯泡沫双面羟基化处理，且进行双面喷涂，所得涂覆了疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样和空白聚氨酯泡沫基材对照试样都需进行侧边封边处理，封边材料为石蜡和微晶蜡的混合融液，石蜡和微晶蜡的质量比为2:1。实施例中所用到的试样在吸湿试验开始前都需再进行干燥恒重处理，方可进行下一步操作。
试样表面疏水阻湿复合涂层固化后为厚度100μm、80μm、60μm、40μm、20μm，其中固化后面漆和底漆的涂层厚度比为9：1。
对实施例1涂覆了疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样和空白聚氨酯泡沫基材对照试样进行性能测试，具体如下：
(1)对实施例1涂覆了疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样和空白聚氨酯泡沫基材对照试样的接触角进行评价，评价方法：使用接触角测量仪测定水滴的接触角，水滴体积为5μL，每个点测试5次，取平均值，测试结果如表1.1所示：
表1.1实施例1中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角
由表1.1可以看出，疏水阻湿涂层试样具有很好的疏水性。
(2)对实施例1涂覆了疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样和空白聚氨酯泡沫基材对照试样的阻湿性能进行测试：
阻湿性能测试一：
取空白聚氨酯泡沫试样15个，聚氨酯泡沫基阻湿涂层厚度60μm试样15个，两种试样都进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度40％，60％，80％的条件下分别进行吸湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率数值，以百分比计入结果，结果如表1.2所示：
表1.2实施例1中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表1.2可以得出，阻湿涂层厚度一致但测试环境相对湿度(RH)不同的试样，在RH＝40％、RH＝60％、RH＝80％的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为聚氨酯泡沫基空白试样吸湿率的22％、25％、28％，表明环境湿度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样和空白试样吸收水汽的质量同比增加；但是，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比聚氨酯泡沫基空白试样平均减小75％，说明，该疏水阻湿涂层阻湿效果显著。
阻湿性能测试二：
取聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样厚度分别为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm阻湿试样各5个，试样都进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度80％进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率计算数值，结果如表1.3所示：
表1.3实施例1中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表1.3可以得出，环境温度和相对湿度一致但阻湿涂层厚度不同的试样，在厚度＝20μm、厚度＝40μm、厚度＝60μm、厚度＝80μm、厚度＝100μm的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为空白聚氨酯泡沫基试样的35.8％、30.2％、28.3％、15.1％、5.7％，表明随着阻湿涂层厚度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸收水汽的质量同比减小；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比空白试样平均减小77％，说明疏水阻湿涂层能够明显改善试样的阻湿效果。
实施例2
与实施例1相同，区别仅在于将实施例1面漆涂料中全氢无机聚硅氮烷预聚液和全氟聚醚醇的质量比改为10：0.8。
按照实施例1中方法制备阻湿涂层试样，并表征接触角及阻湿效果：
(1)测试得到实施例2中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角如表2.1所示：
表2.1实施例2中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角
由表2.1可知，实施例2的疏水阻湿涂层的具有很好的疏水性，一定范围内全氟聚醚醇的比例增大，疏水性进一步增强。
(2)按实施例2中配方制备疏水涂层厚度为60μm的试样15个，进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度40％、60％、80％的条件下分别进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率计算数值，此处空白试样数据参照表1.2中数值，结果如表2.2：
表2.2实施例2中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表2.2可以得出，疏水阻湿涂层厚度一致但测试环境相对湿度(RH)不同的试样，在RH＝40％、RH＝60％、RH＝80％的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为聚氨酯泡沫基空白试样吸湿率的17％、22％、24％，表明环境湿度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样和空白试样吸收水汽的质量同比增加；但是，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比聚氨酯泡沫基空白试样平均减小79％，说明本实施例中全氟聚醚醇比例在一定范围合理增加，疏水阻湿涂层阻湿效果会有所改善。
(3)取聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样厚度分别为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm阻湿试样各5个，进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度80％的条件下进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率计算数值，结果如表2.3：
表2.3实施例2中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表2.3可以得出，环境温度和相对湿度一致但阻湿涂层厚度不同的试样，在厚度＝20μm、厚度＝40μm、厚度＝60μm、厚度＝80μm、厚度＝100μm的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为空白聚氨酯泡沫基试样的32.8％、28.3％、24.5％、13.2％、4.5％，表明随着阻湿涂层厚度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸收水汽的质量同比减小；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比空白试样平均减小79.34％，说明疏水阻湿涂层能够明显改善试样的阻湿效果，同时在一定范围合理增加全氟聚醚醇的比例，疏水阻湿涂层阻湿效果会有所改善。
实施例3
与实施例1相同，区别仅在于将实施例1中Mxenes填料的质量改为8g。
按照实施例1中方法制备阻湿涂层试样，并表征接触角及阻湿效果：
(1)测试得到实施例3中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角如表3.1所示：
表3.1实施例3中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角
由表3.1可知，适当的增加填料比例疏水阻湿涂层疏水性变化不大，依然具有很好的疏水性。
(2)取空白聚氨酯泡沫试样15个，聚氨酯泡沫基阻湿涂层厚度60μm试样15个，两种试样都进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度40％、60％、80％的条件下分别进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率数值，以百分比计入结果，此处空白试样数据参照表1.2中数值，结果如表3.2所示。
表3.2实施例3中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表3.2可以得出，阻湿涂层厚度一致但测试环境相对湿度(RH)不同的试样，在RH＝40％、RH＝60％、RH＝80％的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为聚氨酯泡沫基空白试样吸湿率的14.4％、20％、24％，表明环境湿度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样和空白试样吸收水汽的质量同比增加；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比聚氨酯泡沫基空白试样平均减小80.5％，说明填料比例在合理范围内的增加，有助于增强疏水阻湿涂层的阻湿效果。
(3)取聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样厚度分别为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm阻湿试样各5个，试样都进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度80％的条件下进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样透吸湿率计算数值，结果如表3.3所示：
表3.3实施例3中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表3.3可以得出，环境温度和相对湿度一致但阻湿涂层厚度不同的试样，在厚度＝20μm、厚度＝40μm、厚度＝60μm、厚度＝80μm、厚度＝100μm的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为空白聚氨酯泡沫基试样的31.7％、27.2％、24％、11.7％、3％，表明随着阻湿涂层厚度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸收水汽的质量同比减小；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比空白试样平均减小80.5％，说明涂层厚度增加能够明显改善试样的阻湿效果。
实施例4
与实施例2相同，区别仅在于将实施例2中Mxenes填料的质量改为8g。
按照实施例1中方法制备阻湿涂层试样，并表征接触角及阻湿效果：
(1)测试得到实施例4中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角如表4.1所示：
表4.1实施例4中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的接触角
由表4.1可知，在合理范围内，同时适当的增加面漆中全氟聚醚醇和填料比例，疏水阻湿涂层疏水性有所增加。
(2)按实施例4中配方制备疏水涂层厚度为60μm的试样15个，进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度40％、60％、80％的条件下分别进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率计算数值，此处空白试样数据参照表1.2中数值，结果如表4.2所示：
表4.2实施例4中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表4.2可以得出，疏水阻湿涂层厚度一致但测试环境相对湿度(RH)不同的试样，在RH＝40％、RH＝60％、RH＝80％的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为聚氨酯泡沫基空白试样吸湿率的11％、14％、17.2％，表明环境湿度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样和空白试样吸收水汽的质量同比增加；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比聚氨酯泡沫基空白试样平均减小85.5％，说明本实施例中，在合理范围内同时增加全氟聚醚醇和填料比例，有助于增强疏水阻湿涂层的阻湿效果。
(3)取聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样厚度分别为20μm、40μm、60μm、80μm、100μm阻湿试样各5个，进行封边处理，在温度为35℃，环境相对湿度80％的条件下进行阻湿实验，以五组试样平行实验，取平均值，计算得到各试样吸湿率计算数值，结果如表4.3所示：
表4.3实施例4中制备得到的疏水阻湿涂层试样和空白基材的吸湿率
由表4.3可以得出，环境温度和相对湿度一致但阻湿涂层厚度不同的试样，在厚度＝20μm、厚度＝40μm、厚度＝60μm、厚度＝80μm、厚度＝100μm的条件下，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样的吸湿率分别为空白聚氨酯泡沫基试样的26.4％、20.8％、17.2％、7.2％、1.9％，表明随着阻湿涂层厚度的增加，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸收水汽的质量同比减小，说明疏水阻湿涂层厚度增加能够明显改善试样的阻湿效果；同时，聚氨酯泡沫基阻湿涂层试样吸湿量同比空白试样平均减小85.3％；此外，在合理范围内同时增加全氟聚醚醇和填料比例，疏水阻湿涂层阻湿效果会有所改善。
对实施例1～4制备的疏水阻湿涂层试样进行涂层附着力表征，参考标准GB/T9286-88。样品包括：(a)有机无机杂化疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样；(b)相对应的仅有底漆的聚氨酯泡沫试样，具体制备方法参考上述有机无机杂化疏水阻湿涂层的聚氨酯泡沫试样的制备，区别在于底漆喷涂后直接固化完全即可；根据涂层厚度选择间距1或2mm的划格板，并使用划格刀片对涂层表面进行划格，测试范围包括实施例1～4中所出现的不同厚度的试样，结果如表5所示：
表5实施例1～4中涂层附着力表征结果
由表5可以看出，底漆和基底间以及底漆和面漆间具备优异的结合性能。
由以上实施例可以看出，本发明提供的提供的有机无机杂化疏水阻湿涂层与基底结合强度高、力学匹配性好，并且具有优异的疏水和阻湿性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种有机无机杂化疏水阻湿涂层，包括依次涂覆在羟基化处理的基材表面的底漆和面漆；所述底漆的原料组成为第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油、有机聚硅氮烷、润湿分散剂、消泡剂和流平剂，所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油和有机聚硅氮烷的质量比为10:(1~3):(0.5~1)；所述面漆的原料组成为第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇、Mxenes填料、润湿分散剂、消泡剂和流平剂，所述第二全氢无机聚硅氮烷和全氟聚醚醇的质量比为10:(0.5~1)，所述Mxenes填料在面漆中的质量含量为0.1~1％；所述基材为聚氨酯泡沫；
所述第一全氢无机聚硅氮烷和第二全氢无机聚硅氮烷具有式Ⅰ所示结构：
式Ⅰ；式Ⅰ中m1为10~100；
所述有机聚硅氮烷具有式Ⅱ所示结构：
式Ⅱ；式Ⅱ中，R1、R2为CH3或H，m2为10~60；
所述双端醇羟基长链烷基硅油具有式Ⅲ所示结构：
式Ⅲ；式Ⅲ中，x为20~30，y为2~10；
所述全氟聚醚醇具有式Ⅳ所示结构：
式Ⅳ；式Ⅳ中，n为3~8；
所述润湿分散剂、消泡剂和流平剂的质量独立的为底漆或面漆质量的0.01~0.5％；
所述底漆的涂层厚度为1~10μm，所述面漆的涂层厚度为10~90μm。
2.权利要求1所述有机无机杂化疏水阻湿涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基材进行表面羟基化处理，得到预活化处理基材；
将所述第一全氢无机聚硅氮烷、双端醇羟基长链烷基硅油、有机聚硅氮烷、润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合进行第一球磨，得到底漆涂料；
将所述第二全氢无机聚硅氮烷、全氟聚醚醇、Mxenes填料、润湿分散剂、消泡剂和流平剂混合进行第二球磨，得到面漆涂料；
在所述预活化处理基材表面涂覆所述底漆涂料进行第一固化；再在形成的底漆涂膜表面涂覆所述面漆涂料进行第二固化，得到所述有机无机杂化疏水阻湿涂层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，采用氧等离子体清洗机进行所述表面羟基化处理，所述表面羟基化处理的功率为100W，时间为30~60s。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨和第二球磨的球磨速率分别为20~30r/min，球磨时间分别为8~10h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一固化的温度为25~50℃，固化时间为10~40min；所述第二固化的温度为25~50℃，固化时间为2~5天。
6.权利要求1所述有机无机杂化疏水阻湿涂层或权利要求2~5任意一项所述制备方法制备得到的有机无机杂化疏水阻湿涂层在阻湿防护领域中的应用。
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