CN115975479A - 一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，包括以下步骤：S1、取油性环氧树脂和固化剂，将其混合超声搅拌并溶解于与水能够互溶的有机溶剂中。S2、取亲水聚合物溶解于水中。S3、将油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液混合超声搅拌两分钟后，喷涂到基底上。S4、待喷涂后的溶液干燥后，将其浸入水中1分钟后取出，放入烘箱干燥固化2‑6小时便制备了耐久性水下超疏油涂层。本发明涉及水下超疏油涂层技术领域。该利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，选择使用能够与水互溶的有机溶剂溶解油性环氧树脂，这使得油性环氧树脂与亲水聚合物溶液可混合形成稳定的乳液，因此只需一步喷涂便可制备得到耐久性水下超疏油涂层。

Description

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法

技术领域

本发明涉及水下超疏油涂层技术领域，具体为一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法。

背景技术

水下超疏油涂层因其在石油运输、油滴操控、防污材料、油水分离等领域具有广阔的应用前景而受到研究者广泛关注。目前，大多数水下超疏油涂层表面的超亲水性使其容易吸水，导致涂层水下力学强度下降，易从基底表面剥离，其不耐海水和酸碱的性质大大限制了它的发展。所以，如何快速制备稳定性高、适应力强的水下超疏油表面成了研究者们亟须解决的问题。油性环氧树脂粘结性好，耐酸、碱、盐腐蚀，机械稳定性高。因此，通过底层喷涂油性环氧树脂，上层喷涂亲水聚合物或者亲水纳米颗粒悬浮液可有效地增强水下超疏油涂层的耐久性，但是这种分两步喷涂的方法极大的阻碍了耐久性水下超疏油涂层的实际应用，因此寻找一种不使用表面活性剂便能够将油性环氧树脂和亲水聚合物混合在一起喷涂的方法至关重要。

现阶段的耐久性水下超疏油涂层制备过程大都是将油性环氧树脂和亲水聚合物分开单独依次喷涂的。这使得制备过程不仅复杂繁琐，而且亲水聚合物容易从油性环氧树脂表面脱落。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，选择能够与水等极性溶剂互溶的有机溶剂溶解油性环氧，使用水或乙醇等极性溶剂溶解亲水聚合物，将上述两个溶液混合超声搅拌便可制备出一种稳定的不添加表面活性剂的油水乳液，这种乳液可通过喷涂的方法喷涂在各种基底上。当将干燥后的乳液涂层浸入水中，亲水聚合物便可迁移到涂层表面，这样便形成了底层是油性环氧树脂，上层是亲水聚合物的耐久性水下超疏油涂层。这种只需喷涂一次便可制备耐久性水下超疏油涂层的方法，具有简单、快速、可大规模制备的优势，解决了耐久性水下超疏油涂层制备过程复杂和苛刻的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，具体包括以下步骤：

S1、取5-10重量份的油性环氧树脂和5-10重量份的固化剂，将其混合超声搅拌并溶解于25-50重量份的与水能够互溶的有机溶剂中；

S2、取5-10重量份的亲水聚合物溶解于50-100份溶剂中；

S3、将油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液混合超声搅拌两分钟后，即得到一种稳定的乳液；

S4、将步骤S3制得的乳液喷涂到基底上并进行干燥；

S5、待喷涂后的溶液干燥后，通过水诱导相分离法进行处理，将其浸入水中1分钟后取出，亲水聚合物便迁移到涂层表面，随后将涂层放入60-120℃烘箱干燥固化2-6小时便制备了耐久性水下超疏油涂层。

优选的，所述步骤S1中油性环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种，当油性环氧树脂为双酚A型环氧树脂时，双酚A型环氧树脂为E42环氧树脂或E44环氧树脂，当油性环氧树脂为双酚F型环氧树脂时，双酚F型环氧树脂为F51环氧树脂。

优选的，所述步骤S2中亲水聚合物为海藻酸钠、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺。

优选的，所述步骤S1中溶解油性环氧树脂的有机溶剂为四氢呋喃、N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜与水互溶的有机溶剂。

优选的，所述步骤S2中溶解亲水聚合物的溶剂为水或乙醇。

优选的，所述步骤S3中制得的乳液在室温下能够稳定超过至少三天不发生相分离。

优选的，所述步骤S3中制得的乳液即使在发生相分离后经过轻微震荡便可再次形成稳定的乳液。

优选的，所述步骤S4中喷涂方法为利用喷枪将油性环氧树脂和亲水聚合物混合的乳液喷涂在各种基底上。

优选的，所述步骤S5中水诱导相分离方法为将喷涂后干燥的油性环氧树脂和亲水聚合物涂层浸入水中，亲水聚合物向上迁移实现与油性环氧树脂的相分离。

优选的，所述步骤S5中耐久性为耐酸、碱及海水的腐蚀。

(三)有益效果

本发明提供了一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，通过使用与水互溶的有机溶剂溶解油性环氧树脂，使得油性环氧树脂与亲水聚合物的混合物变成稳定的乳液，这使得喷涂的过程仅需一次，大大降低了油性环氧树脂和亲水聚合物分开喷涂的复杂性和不可控性。重要的是这种乳液可以稳定存在三天不发生相分离，即使发生相分离后，仅需轻微的摇晃便可使其重新变成稳定的乳液，这可极大地促进其工业应用。这种不使用表面活性剂制备的乳液具有优异的稳定性主要归因于两点：1.溶解油性环氧树脂的有机溶剂与水具有优异的互溶性。2.亲水聚合物具有一定的粘度，可阻止油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液发生相分离。待将喷涂后的乳液涂层浸入水中引发亲水聚合物迁移至表面后，将其放入烘箱固化后取出，便制备得到了一种耐久性水下超疏油涂层。制备的水下超疏油涂层在被强酸、强碱、海水浸泡三个月后仍很好地粘附在基底上，展现了优异的化学耐久性。其优异的化学耐久性归因于底层的油性环氧树脂可以阻止强酸、强碱及海水的渗透，保护涂层不从基底上脱落，并且涂层在被强酸、强碱以及海水浸泡三个月之后涂层的水下油滴接触角仍保持在150°以上，展现了优异的耐久性和水下疏油性。

附图说明

图1为本发明制得的油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液混合搅拌形成的稳定乳液示意图；

图2为本发明制备的水下超疏油涂层在经过海水、强酸和强碱浸泡三个月之后的水下油滴接触角示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明实施例提供五种技术方案：一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，具体包括以下实施例：

实施例一

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，称取1g的E44环氧树脂和1g的腰果酚改性胺环氧固化剂，将二者混合超声搅拌溶于5g的四氢呋喃中；称取1％浓度的海藻酸钠水溶液10g。将油性环氧树脂四氢呋喃溶液和海藻酸钠水溶液混合搅拌使其变成稳定的乳液，油性环氧树脂溶液和海藻酸钠水溶液混合形成的乳液如图1所示。将乳液用喷枪喷涂在各种基底上，待干燥后，将其浸入水中一分钟后取出，放入60℃烘箱固化6h便制备得到了耐久性水下超疏油涂层。制备的水下超疏油涂层在被海水、强酸和强碱浸泡三个月后的水下油滴接触角如图2所示。

实施例二

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，称取1g的E44环氧树脂和1g的腰果酚改性胺环氧固化剂，将二者超声混合搅拌溶于5g的四氢呋喃中；称取1％浓度的聚丙烯酸水溶液10g。将油性环氧树脂四氢呋喃溶液和聚丙烯酸水溶液混合搅拌使其变成稳定的乳液。将乳液用喷枪喷涂在各种基底上，待干燥后，将其浸入水中一分钟后取出，放入60摄氏度烘箱固化6h便制备得到了耐久性水下超疏油涂层。

实施例三

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，称取1g的E44环氧树脂和1g的腰果酚改性胺环氧固化剂，将二者超声混合搅拌溶于5g的N’N-二甲基甲酰胺中；称取1％浓度的海藻酸钠水溶液10g。将油性环氧树脂N’N-二甲基甲酰胺溶液和海藻酸钠水溶液混合搅拌使其变成稳定的乳液。将乳液用喷枪喷涂在各种基底上，待干燥后，将其浸入水中一分钟后取出，放入60摄氏度烘箱固化6h便制备得到了耐久性水下超疏油涂层。

实施例四

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，称取1g的E44环氧树脂和1g的腰果酚改性胺环氧固化剂，将二者超声混合搅拌溶于5g的二甲基亚砜中；称取1％浓度的海藻酸钠水溶液10g。将油性环氧树脂二甲基亚砜溶液和海藻酸钠水溶液混合搅拌使其变成稳定的乳液。将乳液用喷枪喷涂在各种基底上，待干燥后，将其浸入水中一分钟后取出，放入60摄氏度烘箱固化6h便制备得到了耐久性水下超疏油涂层。

实施例五

一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，称取1g的F51环氧树脂和1g的环氧固化剂，将二者超声混合搅拌溶于5g的四氢呋喃中；称取1％浓度的海藻酸钠水溶液10g。将油性F51环氧树脂四氢呋喃溶液和海藻酸钠水溶液混合搅拌使其变成稳定的乳液。将乳液用喷枪喷涂在各种基底上，待干燥后，将其浸入水中一分钟后取出，放入60摄氏度烘箱固化6h便制备得到了耐久性水下超疏油涂层。

综上，本发明通过使用与水互溶的有机溶剂溶解油性环氧树脂，使得油性环氧树脂与亲水聚合物的混合物变成稳定的乳液，这使得喷涂的过程仅需一次，大大降低了油性环氧树脂和亲水聚合物分开喷涂的复杂性和不可控性。重要的是这种乳液可以稳定存在三天不发生相分离，即使发生相分离后，仅需轻微的摇晃便可使其重新变成稳定的乳液，这可极大地促进其工业应用。这种不使用表面活性剂制备的乳液具有优异的稳定性主要归因于两点：1.溶解油性环氧树脂的有机溶剂与水具有优异的互溶性。2.亲水聚合物具有一定的粘度，可阻止油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液发生相分离。待将喷涂后的乳液涂层浸入水中引发亲水聚合物迁移至表面后，将其放入烘箱固化后取出，便制备得到了一种耐久性水下超疏油涂层。制备的水下超疏油涂层在被强酸、强碱、海水浸泡三个月后仍很好地粘附在基底上，展现了优异的化学耐久性。其优异的化学耐久性归因于底层的油性环氧树脂可以阻止强酸、强碱及海水的渗透，保护涂层不从基底上脱落，并且涂层在被强酸、强碱以及海水浸泡三个月之后涂层的水下油滴接触角仍保持在150°以上，展现了优异的耐久性和水下疏油性。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、取5-10重量份的油性环氧树脂和5-10重量份的固化剂，将其混合超声搅拌并溶解于25-50重量份的与水能够互溶的有机溶剂中；

S2、取5-10重量份的亲水聚合物溶解于50-100份溶剂中；

S3、将油性环氧树脂溶液和亲水聚合物溶液混合超声搅拌两分钟后，即得到一种稳定的乳液；

S4、将步骤S3制得的乳液喷涂到基底上并进行干燥；

S5、待喷涂后的溶液干燥后，通过水诱导相分离法进行处理，将其浸入水中1分钟后取出，亲水聚合物便迁移到涂层表面，随后将涂层放入60-120℃烘箱干燥固化2-6小时便制备了耐久性水下超疏油涂层。

2.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S1中油性环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种，当油性环氧树脂为双酚A型环氧树脂时，双酚A型环氧树脂为E42环氧树脂或E44环氧树脂，当油性环氧树脂为双酚F型环氧树脂时，双酚F型环氧树脂为F51环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S2中亲水聚合物为海藻酸钠、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S1中溶解油性环氧树脂的有机溶剂为四氢呋喃、N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜与水互溶的有机溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S2中溶解亲水聚合物的溶剂为水或乙醇。

6.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S3中制得的乳液在室温下能够稳定超过至少三天不发生相分离。

7.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S3中制得的乳液即使在发生相分离后经过轻微震荡便可再次形成稳定的乳液。

8.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S4中喷涂方法为利用喷枪将油性环氧树脂和亲水聚合物混合的乳液喷涂在各种基底上。

9.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S5中水诱导相分离方法为将喷涂后干燥的油性环氧树脂和亲水聚合物涂层浸入水中，亲水聚合物向上迁移实现与油性环氧树脂的相分离。

10.根据权利要求1所述的一种利用相分离方法制备耐久性水下超疏油涂层的方法，其特征在于：所述步骤S5中耐久性为耐酸、碱及海水的腐蚀。

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