CN115820113B - 一种可厚涂耐磨的超疏水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷80‑120份；甲基硅树脂20‑50份；疏水白炭黑10‑20份；轻质填料10‑20份；交联剂6‑10份；偶联剂1‑5份；催化剂1‑5份；溶剂100‑200份；还提供一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法；本发明依靠空心玻璃微珠固化过程中的轻质迁移性，不需添加大量的微纳米粉体，就可以实现表面所需的微纳米结构，有效控制材料颜基比，从而大大提高涂料的固含量，即使经过厚涂，也能保证涂层致密性和超疏水性的统一，取得耐磨、超疏水的高耐候效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种可厚涂耐磨的超疏水涂料及其制备方法。
背景技术
荷叶效应，是由于荷叶表面具有特殊粗糙的微观形貌结构，这种特殊的结构有助于锁住空气，进而防止水将表面润湿；水滴在荷叶上会形成一个球形，而不是铺展开来，像这样的表面，就是“超疏水表面”；目前，制备超疏水的表面，采用的方法主要有模板法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、自组装法、涂膜法等，目前通常采用在成膜物质中添加大量的微纳米粉体，来构造类似于荷叶表面的多级微纳米结构，从而实现超疏水结构。
目前存在两个问题：
一、超疏水涂层无法厚涂对基材附着力差；这是因为超疏水涂料通常采用添加大量的疏水粉体，使得材料达到整体超疏水效果，颜基比过高，为了保证涂层的致密性，因而固含量偏低，涂层大多极薄(8-15um)，由于磨损等原因易导致超疏水涂层破损失去超疏水效果，喷涂、浸涂、旋涂、擦拭等常用方法无法进行涂厚；同时因为超疏水涂料的整体超疏水效果，对于基材的附着力不佳，容易受外力剥离脱落。
二、疏水涂层包覆性、坚韧度、耐磨性性能差；这是因为低表面能和粗糙结构是涂层具有超疏水效果的两大重要因素；通过在涂料中添加疏水剂，涂层表面制造粗糙的微突结构，二者的协同作用得到超疏水涂层；为了达到超疏水所需的微米/纳米量级的微观结构，通常采用添加大量的疏水粉体，使得材料达到整体超疏水但该方法无法解决纳米微粒与粘合树脂之间的微妙结合度的问题，只能牺牲涂层的物理强度，才能保证超疏水效果；如上述原因，疏水涂层为了达到超疏水的粗糙表面，需要添加大量粉体，导致涂料整体的颜基比过高，因而导致涂层包覆性、坚韧度、耐磨性性能差。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种可厚涂耐磨的超疏水涂料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷80-120份；甲基硅树脂20-50份；疏水白炭黑10-20份；轻质填料10-20份；交联剂6-10份；偶联剂1-5份；催化剂1-5份；溶剂100-200份。
优选的，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度为10000-20000cP。
优选的，所述甲基硅树脂的M/Q比值为0.6-0.8。
优选的，所述轻质填料为真密度在0.15-0.20g/cm3，粒径在1-10μm，真空留存率大于80％的硅烷改性纳米空心玻璃微珠。
优选的，所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷和乙烯基三丁酮肟基硅烷的混合物。
优选的，所述甲基三丁酮肟基硅烷和乙烯基三丁酮肟基硅烷的质量比为(6-10)：1。
优选的，所述溶剂为三氯乙烯、四氯乙烯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲苯、D65溶剂油两种或两种以上混合而成。
优选的，所述溶剂为四氯乙烯、醋酸丁酯、D65溶剂油的混合物；所述四氯乙烯、醋酸丁酯、D65溶剂油的质量比为(3-5)：(1-3)：1。
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅树脂、疏水白炭黑加到捏合机中，开始捏合加温处理后，在物料降温后出料。
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，进行研磨。
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算溶剂的比例，加入溶剂混合分散，至物料完全混合均匀。
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中料，在胶体磨内进行搅拌乳化。
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，按量添加轻质填料、交联剂、偶联剂、催化剂，开启强力分散。
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水涂料。
优选的，所述步骤一中，物料加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料。
所述步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm。
所述步骤三中：加入溶剂混合分散的时间为20-30min；
所述步骤四中：物料在胶体磨内搅拌乳化四遍，转速为50r/min，每遍10～15min。
所述步骤五中：所述物料强力分散，为在氮气保护下进行混合，时间为20-30min。
本发明无需添加大量的微纳米粉体，有效控制材料颜基比，从而大大提高涂料的固含量(同等条件下，涂料的固含量越高，涂层越容易上厚，其硬度、耐磨性、韧性、粘合力等性能就越好)，使得成膜物质与内层基材的粘合力强，同时成膜物质与表层超疏水涂层粘合力也很强，本发明的原理如下：
一、本发明使用长链柔软的羟基封端聚二甲基硅氧烷和甲基硅树脂作为基础树脂，通过添加高比表面积的白炭黑提高材料的机械性能，后期仅需要添加较少量硅烷改性的空心玻璃微珠，使得空心玻璃微珠和涂料充分混合，在涂料成膜固化过程中，利用微珠的轻质特性，迁移至涂层表面形成粗糙的超疏水层，固化后自发形成基材——成膜物质——粗糙表层的超疏水涂层。
二、本发明依靠空心玻璃微珠固化过程的轻质迁移性，不需添加大量的微纳米粉体，就可以实现表面所需的微纳米结构，有效控制材料颜基比，从而大大提高涂料的固含量，即使经过厚涂(本发明可一次涂抹0.2-0.3mm)，也能保证涂层致密性和超疏水性的统一；取得耐磨、超疏水的高耐候效果。
三、本发明中，白炭黑和树脂先进行充分的捏合研磨，大大提高材料的强度，后期在分散中添加空心玻璃微珠，有效保证了玻璃微珠的完整性，从而保证了材料固化过程中玻璃微珠的轻质迁移效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明中，基础胶的粘度适中，对填料包覆性好，不易掉粉，柔软度适中，对基材的附着力效果佳。
二、本发明中，选择高比表面积的白炭黑，粒度小，比表面积大，混合研磨工艺，提高基础胶料的机械性能。
三、本发明中，选择轻质填料为真密度在0.15-0.20g/cm3，粒径在1-10μm，真空留存率大于80％的硅烷改性纳米空心玻璃微珠，材料相容性好，即使经过摩擦和破坏，依然不会破坏内部涂层，超长的耐候效果。
四、本发明中，均选用低折射率的基础树脂、白炭黑和空心玻璃微珠，可大大提高涂层的透明度，形成高透明疏水涂层。
五、本发明中，利用硅烷改性纳米空心玻璃微珠的轻质迁移性实现表面的粗糙结构，不需添加大量的纳米粉体，可以大大提高涂料的固含量，从而实现厚涂后，涂层致密性和超疏水性的统一。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合实施例，对本发明进行进一步说明：
实施例1：
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份、甲基硅树脂30份、疏水白炭黑12份、轻质填料10份、交联剂8份、偶联剂2份、催化剂1份、混合溶剂(四氯乙烯：醋酸丁酯：D65＝4：2：1)65份。
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅橡胶、白炭黑加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料。
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm；
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算混合溶剂的比例，加入溶剂混合分散20-30min至物料完全混合均匀；
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中料，在胶体磨内需搅拌乳化4遍，转速调在50r/min，每遍10～15min；
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，计算硅烷改性纳米空心玻璃微珠、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡的量，开启强力分散，在氮气保护下混合20-30min；
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水透明涂料。
所述溶剂可为三氯乙烯、四氯乙烯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲苯、D65溶剂油两种或两种以上混合而成。
实施例2：
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份、甲基硅树脂30份、疏水白炭黑18份、轻质填料10份、交联剂8份、偶联剂2份、催化剂1份、混合溶剂(四氯乙烯：醋酸丁酯：D65＝4：2：1)70份。
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅橡胶、白炭黑加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料。
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm；
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算混合溶剂的比例，加入溶剂混合分散20-30min至物料完全混合均匀；
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中料，在胶体磨内需搅拌乳化4遍，转速调在50r/min，每遍10～15min；
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，计算硅烷改性纳米空心玻璃微珠、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡的量，开启强力分散，在氮气保护下混合20-30min；
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水透明涂料。
实施例3：
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份、甲基硅树脂30份、疏水白炭黑12份、轻质填料15份、交联剂8份、偶联剂2份、催化剂1份、混合溶剂(四氯乙烯：醋酸丁酯：D65＝4：2：1)70份。
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：：
步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅橡胶、白炭黑加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料。
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm；
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算混合溶剂的比例，加入溶剂混合分散20-30min至物料完全混合均匀；
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中料，在胶体磨内需搅拌乳化4遍，转速调在50r/min，每遍10～15min；
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，计算硅烷改性纳米空心玻璃微珠、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡的量，开启强力分散，在氮气保护下混合20-30min；
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水透明涂料。
实施例4：
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，包括如下重量份数的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份、甲基硅树脂50份、疏水白炭黑12份、轻质填料10份、交联剂8份、偶联剂2份、催化剂1份、混合溶剂(四氯乙烯：醋酸丁酯：D65＝4：2：1)75份。
一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅橡胶、白炭黑加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料。
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm；
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算混合溶剂的比例，加入溶剂混合分散20-30min至物料完全混合均匀；
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中料，在胶体磨内需搅拌乳化4遍，转速调在50r/min，每遍10～15min；
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，计算硅烷改性纳米空心玻璃微珠、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、有机锡的量，开启强力分散，在氮气保护下混合20-30min；
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水透明涂料。
本发明案例和两款市售品牌的技术参数以及固化后的性能作对比，结果如表1所示：
表1性能测试结果表(固化条件23℃、50％湿度)
从上述表格可以看出，本发明的可厚涂耐磨的超疏水涂料，在各种测试下均保持耐磨、超疏水的高耐候效果。
本发明所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，仍属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：
羟基封端聚二甲基硅氧烷80-120份；甲基硅树脂20-50份；疏水白炭黑10-20份；轻质填料10-20份；交联剂6-10份；偶联剂1-5份；催化剂1-5份；溶剂100-200份；
所述轻质填料为真密度在0.15-0.20g/cm3，粒径在1-10μm，真空留存率大于80％的硅烷改性纳米空心玻璃微珠。
2.根据权利要求1所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度为10000-20000cP。
3.根据权利要求1所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述甲基硅树脂的M/Q比值为0.6-0.8。
4.根据权利要求1所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷和乙烯基三丁酮肟基硅烷的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述甲基三丁酮肟基硅烷和乙烯基三丁酮肟基硅烷的质量比为(6-10)：1。
6.根据权利要求1所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述溶剂为三氯乙烯、四氯乙烯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲苯、D65溶剂油两种或两种以上混合而成。
7.根据权利要求6所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料，其特征在于：
所述溶剂为四氯乙烯、醋酸丁酯、D65溶剂油的混合物；所述四氯乙烯、醋酸丁酯、D65溶剂油的质量比为(3-5)：(1-3)：1。
8.一种如权利要求1所述可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将羟基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅树脂、疏水白炭黑加到捏合机中，开始捏合加温处理后，在物料降温后出料；
步骤二：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，进行研磨；
步骤三：将步骤二研磨后的物料转移至高剪切分散机中，称重，计算溶剂的比例，加入溶剂混合分散，至物料完全混合均匀；
步骤四：将步骤三分散后的物料转移至胶体磨机中，在胶体磨机内进行搅拌乳化；
步骤五：将步骤四乳化后的物料转移至行星搅拌机中，按量添加轻质填料、交联剂、偶联剂、催化剂，开启强力分散；
步骤六：将步骤五的分散均匀的物料进行过滤分装，得到可厚涂耐磨的超疏水涂料。
9.根据权利要求8所述的一种可厚涂耐磨的超疏水涂料的制备方法，其特征在于：
所述步骤一中，物料加到捏合机中，开启油浴加热，开始捏合，至料温升至110℃，开始充入少量氮气并抽真空至-0.8MPa，保持2小时，后关闭加热继续降温，在物料降至60℃时出料；
所述步骤二中：将步骤一混合均匀的物料转移到三辊研磨机中，调整三辊机间隙，研磨两遍或三遍，每辊一遍调整缩小辊机间隙一次，至物料细度达到30μm；
所述步骤三中：加入溶剂混合分散的时间为20-30min；
所述步骤四中：物料在胶体磨机内搅拌乳化四遍，转速为50r/min，每遍10～15min；
所述步骤五中：所述强力分散，为在氮气保护下进行混合，时间为20-30min。
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