CN116622288B - 具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层及其制备方法与施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层及其制备方法与施工方法；旨在提供一种双涂层体系，其底涂层具有优秀的附着力，对大部分的基材都有良好的附着，同时能构筑均匀的球形微米结构，面涂层为球形的纳米结构，能在常温下固化，固化后的涂层具有优秀的超疏水性、超疏油性、耐磨性和高耐候性；其技术包括底涂层和面涂层；所述的底涂层包括有机聚硅氮烷S12010‑20％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物5‑15％，氨基硅烷0.5‑2％，热塑性丙烯酸树脂1‑5％，分散剂0.5‑1.5％，混合溶剂A：25‑55％；所述的面涂层包括改性的纳米α‑氧化铝溶液50‑60％，混合溶剂B 40‑60％；涉及涂料技术领域。
Description
技术领域
本发明属于纳米涂层新材料领域，具体涉及一种具有高耐磨性、高耐候性、超疏水性和超疏油性的微纳结构超清洁纳米涂层；同时，本发明还涉及该涂层的制备方法以及在不同基材上的涂覆工艺。
背景技术
超疏水及超疏油涂层技术的发展源于对自然界生物表面特征的模仿和研究。其中，最知名的例子是莲叶表面，其独特的微纳米结构赋予了超疏水性。这一特征使得莲叶具有自洁能力，不易被水滴和污物黏附。另一例子是部分昆虫翅膀表面，它们拥有类似的微纳米结构及超疏水性，从而有效抵抗水珠黏附。人工合成的材料则可具备超疏油性。近年来，超疏水及超疏油涂层受到了广泛关注，因其具有巨大的应用潜力。这些涂层能够有效防止污物、水滴和油滴在表面上黏附，从而保持清洁、提高耐候性及耐磨性。超疏水和超疏油涂层在众多领域具有广泛应用，如建筑、汽车、航空、纺织、电子和生物医学等。
尽管已经开发出了一些具有超疏水性和超疏油性的涂层材料，但在材料的耐磨性、耐候性和适用基材方面仍然存在诸多挑战。现有的涂层材料可能在特定环境下失去超疏水性或超疏油性，或者对涂覆的基材有限制。此外，现有涂层制备方法可能需要复杂的工艺和昂贵的设备，限制了其在大规模生产中的应用。
中国发明专利申请CN103,951,278B公开了一种超疏水超疏油增透玻璃表面层及其制备方法。该方法先通过CF3/O2等离子体刻蚀玻璃本体表面来构建亚微米粗糙结构，然后化学键合一层SiO2纳米多孔层，通过添加致孔剂调控空间填充因子，构建成具有悬垂结构的双级粗糙玻璃表面层，最后进行氟化修饰以降低表面自由能。尽管该方法提供了一定程度的超疏水和超疏油性能，但其涂层制备工艺复杂，需要用等离子体刻蚀，无法工业化大批量使用。
中国发明专利CN104,073,116B申请公开了一种超双疏涂层的制备方法。该方法通过制备含氟硅烷聚合物溶液；在所述含氟硅烷聚合物溶液中加入正硅酸乙酯、水和盐酸进行水解反应制得混合液；在所述混合液中加入纳米二氧化硅，混合均匀得到复合溶胶；在基材上涂装所述复合溶胶，固化干燥获得所述超双疏涂层。然而，该涂层的耐磨性和耐候性仍然有待提高，在高摩擦和恶劣环境条件下，涂层的超疏水性能可能会受到影响。
中国发明专利申请公开了CN106,928,844B了一种含氟超疏水有机硅涂层复合物及其制备方法，该方法通过有机硅涂层复合物经10-40℃，固化3-48后硬度为3H-6H，水接触角150～165°，滚动角小于10°。虽然该涂层具有一定的超疏水性能，但其耐油性较差，涂层的性能在实际应用中可能会受到限制。
美国专利US91,088,80B2公开了纳米级涂层结构和材料的系统、技术和应用，这些涂层具有超疏水性(水接触角大于约140°或160°)和/或超疏油性(油接触角大于约140°或160°)。虽然这种涂层具有一定程度的超疏水性能，但其耐磨性和耐油性仍有待提高，可能在实际应用中受到限制。
美国专利US9,675,994B2公开了一种超疏水涂层和组合物以及制备超疏水涂层和组合物的方法。这些涂层和组合物在温和的条件下制备，但这些方法适用于涂层及其内部组件的化学功能化。尽管此涂层具有超疏水性能，但其耐磨性和耐油性较差，可能不适用于特定环境和应用。
美国专利US10,240,049B2公开了一种具有低voc粘合剂体系的超疏水性和疏油性涂层制备方法。该方法采用少量的挥发性有机化合物制备超疏水性(SH)和/或疏油性(OP)表面的涂层组合物。尽管此涂层具有超疏水和疏有性能，但其耐磨性和耐油性有待提高，可能不适用于特定环境和应用。
一种具有纳米结构的超疏水涂层制备方法。该方法通过利用水热法在基材上生成纳米结构，然后将涂层材料沉积在这些纳米结构上。虽然该涂层具有超疏水性能，但耐磨性和耐油性仍有待提高，涂层的实际应用性能可能受到影响。
为了满足不同领域对超疏水和超疏油涂层的需求，研究人员需要继续努力，开发具有高耐磨性、高耐候性的纳米涂层。本发明就是在这一背景下提出的，旨在解决现有涂层在耐磨性、耐候性和适用基材方面的局限性。通过对自然界中生物表面特征的深入研究，以及对超疏水性和超疏油性涂层的制备方法的改进，本发明为开发新型纳米涂层技术提供了一种创新性的解决方案。本发明涉及的涂层采用独特的双涂层球形微纳米结构设计，这些结构在涂层表面形成微观空气层，使涂层表面与水滴和油滴之间的接触面积减小，从而降低涂层对水和油的亲和力。
通过优化涂层的结构和材料选择，本发明提供的纳米涂层具有更高的耐磨性和耐候性，能够在高强度的摩擦或恶劣的环境条件下保持其超疏水和超疏油性能。此外，本发明提供的制备方法和涂覆工艺克服了现有技术中涉及复杂工艺和昂贵设备的问题。这使得本发明的纳米涂层能够更广泛地应用于各种基材上，满足不同领域的需求。同时，简化的制备方法和涂覆工艺有助于降低生产成本，使得这种新型纳米涂层能够在大规模生产和实际应用中发挥其优势。
发明内容
针对现阶段超疏水涂层在稳定性、耐磨性和耐油性方面的不足，本发明的第一个目的是提供一种具有优良稳定性、高耐磨性和超疏水和超疏油性能的双涂层体系，其底涂层具有优秀的附着力，对大部分的基材都有良好的附着，同时能构筑均匀的球形微米结构，面涂层为球形的纳米结构，该双涂层能在常温下固化，固化后的涂层具有优秀的超疏水性、超疏油性、耐磨性和高耐候性。
本发明的第二个目的是提供一种上述纳米涂层的制备方法。
本发明的第二个目的是提供一种上述纳米涂层的施工方法。
为此，本发明提供的技术方案是这样的：
一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 10-20％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物5-15％，氨基硅烷0.5-2％，热塑性丙烯酸树脂1-5％，分散剂0.5-1.5％，混合溶剂A：25-55％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50-60％，混合溶剂B 40-60％
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，所述的聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物采用SEKISUI日本积水mbx-30，粒径25-31um。
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，所述的氨基硅烷采用德固赛AMEO；所述的热塑性丙烯酸树脂采用罗门哈斯热塑性丙烯酸树脂PARALOIDTM B-48S；所述的分散剂采用毕克BYK润湿分散剂DISPERBYK-2152。
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，底涂层所述的混合溶剂A由质量比20-40：1-15的丙二醇甲醚醋酸酯和异构烷烃。
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，面涂层所述的混合溶剂B由质量比10-20：30-50的丙酮和异丙醇组成。
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，所述的有机聚硅氮烷S120通过下述方法制备的：
1)向清洁并干燥的三口烧瓶中，加入10g二甲基二氯硅烷、55g干燥吡啶、7.5g四氯硅烷和0.12g三甲基铝催化剂，搅拌混合均匀；
2)将三口烧瓶置于冰盐浴中，保持反应温度在0-5℃，在通氮气的条件下，搅拌反应6-8小时；
3)反应过程中，在滴加漏斗中加入9g氨气，缓慢滴加至反应烧瓶中，反应结束后，停止通入氨气；
4)通过离心分离、过滤以除去固态产物，收集滤液；
5)将滤液在旋转蒸发仪下蒸馏，移除溶剂，获得100％固含的无色透明澄清液体有机聚硅氮烷，记为有机聚硅氮烷S120，分子量在3500-4500。
进一步的，上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，改性纳米α-氧化铝通过下述方法制备的：
1)将6g纳米α-氧化铝与80.4g异丙醇搅拌均匀得混合溶液；然后，将混合溶液置于超声波处理仪中，进行超声波分散处理30-50分钟；
2)将分散好的纳米α-氧化铝溶液转移到三口烧瓶中；再依次加入1.5gTMOS、1.5gTEOS和1.5g十七氟癸基三甲氧基硅烷；
3)将5g蒸馏水与5g 1wt％冰醋酸溶液混合，充分搅拌；再将混合溶液缓慢滴加到步骤2)的三口烧瓶中，滴加速度控制在1-2滴/秒，温度保持在60-70℃，并持续搅拌6-8小时，以充分进行氧化铝表面改性反应；反应结束后，将所得混合物冷却至室温，获得固含为9％的改性纳米α-氧化铝溶液。
本发明提供的第二个技术方案是上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层的制备方法，包括下述步骤：
(1)底涂层的制备：按照权利要求1所述的质量比称取各个物质，室温下，烧杯中加入混合溶剂，继续加热塑性丙烯酸树脂，进行充分溶解，继续加入聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物，在高速搅拌机上采用500r/min搅拌10min，然后提升到2500r/min继续搅拌30min，进行充分分散，再降低速度到1000转，继续加入剩余组分，续搅拌30分钟，制备了底涂层；
(2)面涂层的制备：按照权利要求1所述的质量比称取各个物质，将纳米α-氧化铝改性液和混合溶剂混合均匀，用超声波分散30分钟即可。
本发明提供的第三个技术方案是上述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层的施工方法，使用前要充分搅拌均匀，采用HVLP枪空气喷涂方式施工，多次薄而均匀喷涂，干燥后涂层厚度在10-25微米，等待20-30分钟，待底涂干燥后，进行面涂喷涂；面涂层同样采用HVLP枪进行多次薄而均匀喷涂，继续常温放置30分钟。
本发明与现有技术相比，通过将底涂层和面涂层相结合，获得的涂层在功能性和性能上具有显著优势。具体表现在以下几个方面：
1)超疏水性：底涂层提供了疏水性、附着力、耐磨性和微米结构。面涂层中的纳米α-氧化铝通过十七氟癸基三甲氧基硅烷改性，增强了涂层的超疏水性能。这种双涂层结构能够形成高接触角的水珠，展示出显著的超疏水性能。
2)超疏油性：面涂层中的纳米α-氧化铝通过十七氟癸基三甲氧基硅烷改性，形成低表面能的疏油表面。这使得涂层具有优异的抗油污染性能，防止油脂附着和渗透，从而实现超疏油性。
3)耐磨性：底涂层中的有机聚硅氮烷、聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物颗粒和热塑性丙烯酸树脂为涂层提供了良好的附着力和韧性，使其能够更好地抵抗外部摩擦和划痕。聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物颗粒为球形的微米颗粒，粒径25-31um，在底涂层中形成均匀的球形微米结构。这种结构能让面涂层中的改性纳米α-氧化铝“躲藏”在其中，从而增强涂层的耐磨性。与此同时，面涂层中的改性纳米α-氧化铝为涂层提供了额外的硬度和耐磨性，进一步提高涂层在恶劣环境下的稳定性和耐久性。
4)抗污染性：超疏水性和超疏油性的双重效果使得涂层在面对各种污染物时具有出色的抗污染性能。无论是水性污染物还是油性污染物，都难以附着在涂层表面，保持涂层的长久清洁。
5)抗紫外线性能：底涂层中的有机聚硅氮烷具有较高的紫外线稳定性，可以提供良好的抗紫外线性能。这使得涂层能够在户外长时间使用，不易老化、变脆或失去原有性能。
6)高温稳定性：本发明的超疏水超疏油复合涂层在高温环境下仍能保持良好的疏水疏油性能和附着力。这意味着涂层能够在高温工作环境下保持稳定性，满足不同行业的高温要求。
7)低温稳定性：涂层在低温环境下也能保持良好的超疏水性、超疏油性以及耐磨性。这使得涂层在寒冷地区或低温工作环境下具有更广泛的应用前景。
8)自清洁性：涂层表面具有良好的抗污染性，可以有效防止污染物的附着。此外，涂层表面的疏水疏油性能使得清洁过程变得更加简便，只需用水冲洗即可轻松去除污渍。
9)广泛适用性：本发明的超疏水超疏油复合涂层可以广泛应用于各种基材，如金属、塑料、玻璃、陶瓷等。这使得涂层在多个领域具有广泛的应用前景，如建筑、汽车、航空、电子产品等。
通过这种双涂层结构，获得的涂层在超疏水性、超疏油性和耐磨性方面均具有优异表现，为实际应用提供了一种高性能的解决方案。
附图说明
图1为实施例1提供的产品水滴在超疏水超疏油复合涂层表面的接触角照片。
图2为实施例1提供的产品油滴在超疏水超疏油复合涂层表面的接触角照片。
具体实施例方式
为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明的实施方式不限于此。
下述实施例和对比如无特殊说明，采用的组分如下：
所述的氨基硅烷采用德固赛AMEO；所述的热塑性丙烯酸树脂采用罗门哈斯热塑性丙烯酸树脂PARALOIDTM B-48S；所述的分散剂采用毕克BYK润湿分散剂DISPERBYK-2152；所述的异构烷烃采用埃克森美孚异构烷烃Isopar C；
所述的有机聚硅氮烷S120通过下述方法制备的：
1)准备一个装有磁力搅拌器、温度控制器、回流冷凝器、氮气导入管和滴加漏斗的1000ml三口烧瓶，确保所有设备已经清洁并干燥。
2)在三口烧瓶中，加入10g二甲基二氯硅烷、55g干燥吡啶、7.5g四氯硅烷和0.12g三甲基铝催化剂。
3)使用磁力搅拌器搅拌溶液，确保所有化学品充分混合。
4)将烧瓶置于冰盐浴中，以保持反应温度在0-5℃。使用温度控制器监控反应温度。
5)在通氮气的条件下，搅拌反应6-8小时。氮气有助于排除氧气，提高反应的选择性。
6)反应过程中，在滴加漏斗中加入9g氨气，缓慢滴加至反应烧瓶中，以促进聚合反应。反应结束后，停止通入氨气。
7)通过离心分离和随后过滤以除去固态产物。收集滤液。
8)将滤液在旋转蒸发仪下(50℃，5毫米汞柱)蒸馏，以移除溶剂。持续蒸馏3小时。
9)获得100％固含的无色透明澄清液体6g，产率约为70％，测定所得聚硅氮烷S120的分子量在3500-4500范围内。
所述的改性纳米α-氧化铝通过下述方法制备的：
1)将6g纳米α-氧化铝与80.4g异丙醇混合，使用磁力搅拌器和搅拌烧杯进行充分搅拌均匀。然后，将混合溶液置于超声波处理仪中，进行超声波分散处理30-50分钟，在分散过程中，每10分钟检查一次分散程度，以确保纳米颗粒充分分散。
2)将分散好的纳米α-氧化铝溶液转移到一个装有温度计、回流冷凝器和搅拌器的1000ml三口烧瓶中。此过程中，最好使用定容漏斗进行转移，以减少材料损失。在同一三口烧瓶中，依次加入1.5gTMOS、1.5gTEOS和1.5g十七氟癸基三甲氧基硅烷，使用滴定管精确添加各种试剂。
3)准备1wt％冰醋酸溶液。将5g蒸馏水与5g1％冰醋酸溶液混合，充分搅拌。之后，使用滴定管将混合溶液缓慢滴加到装有纳米α-氧化铝的三口烧瓶中，滴加速度控制在1-2滴/秒，以保证反应过程平稳进行。
4)在滴加过程中，使用恒温加热搅拌设备，将温度保持在60-70℃。维持该温度并持续搅拌至少6-8小时，以充分进行氧化铝表面改性反应。在此期间，每小时记录一次温度、搅拌速度等参数。反应结束后，关闭加热设备，将所得混合物冷却至室温，获得固含为9％的改性纳米α-氧化铝溶液。
实施例1
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃61％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例2
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃61％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)60％，丙酮10％，异丙醇30％。
实施例3
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃61％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮15％，异丙醇45％。
实施例4
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 20％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃56％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例5
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂1％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃62％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例6
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂0.5％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃62.5％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例7
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物5％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃66％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例8
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物15％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃56％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
实施例9
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 20％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃56％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)60％，丙酮10％，异丙醇30％。
实施例10
本实施例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物5％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃66％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮15％，异丙醇45％。
对比例1
本对比例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷(市售)15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃61％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)50％，丙酮10％，异丙醇40％。
对比例2
本对比例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，氨基硅烷1％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃63％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)20％，丙酮10％，异丙醇70％。
对比例3
本对比例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，热塑性丙烯酸树脂2％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃62％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)30％，丙酮50％，异丙醇20％。
对比例4
本对比例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，氨基硅烷1％，热塑性丙烯酸树脂1％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃72％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)20％，丙酮10％，异丙醇70％。
对比例5
本对比例提供的一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 15％，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物10％，分散剂1％，丙二醇甲醚醋酸酯10％，异构烷烃64％；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液(固含为9％)20％，丙酮10％，异丙醇70％。
实施例1-10，对比例1-5所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层制备方法如下：
按照实施例实施例1-10，对比例1-5任一所述的质量比称取各个组分。
(1)底涂层的制备：室温下，在500ml烧杯中加入Isopar C PMA混合均匀，继续加入PARALOIDTM B-48S，进行充分溶解，继续加入mbx-30,在高速搅拌机上采用500r/min搅拌10min，然后提升到2500r/min继续搅拌30min，进行充分分散，再降低速度到1000转，继续加入1剩余组分继续搅拌30分钟，制备了底涂层。
(2)面涂层的制备：将纳米α-氧化铝改性液、丙酮、异丙醇混合均匀，用超声波分(频率为25KHz、功率为500W)散30分钟即可。
施工方法：
使用前要充分搅拌均匀，采用空气喷涂方式施工，必须采用HVLP枪(高流量低压力，譬如德国SCHUTZE S941型号)喷涂，多次薄而均匀喷涂，干燥后涂层厚度在10-25微米，等待20-30分钟，待底涂干燥后，进行面涂喷涂，可以考虑用热风枪和吹风机来加速底涂干燥；面涂层同样采用HVLP枪进行多次薄而均匀喷涂，继续常温放置30分钟，涂层的超疏水和超疏油性能会在喷涂表面涂层以后30分钟呈现，最佳时间是2小时以后，所制备超疏水超疏油涂层对水的接触角为154°，与芝麻油的接触角为151°
测试方法如下：
1、附着力测试
测试工具：百格板 刀片 3M胶带 放大镜
测试方法：使用百格板和刀片在样板上均匀切割11道相互平行，间距为1mm的切痕。然后使用3M胶带，粘贴压实后，以水平向上45°方向用力拉扯。重复3次。观察划痕处涂层脱落情况。
测试结果表示：
0级-划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无油漆脱落；
1级-在划线的交叉点处有小片的油漆脱落，且脱落总面积小于5％；
2级-在划线的边缘及交叉点处有小片的油漆脱落，且脱落总面积在5％～15％之间；
3级-在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积在15％～35％之间；
4级-在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积在35％～65％之间；
5级-在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积大于65％。
2、疏水角和疏油角度、滚动角度测试：
疏水角和疏油角度：用ZR-SDJ-QH6接触角测量仪进行测量。
滚动角：用ZR-SDJ-QH6接触角测量仪进行测量。
3、1000hQUV后疏水和疏油角度测试
试验方法：紫外光加速老化试验机(美国Q-LAB)，样板经过1000小时老化试验后，用ZR-SDJ-QH6接触角测量仪进行测量样板的水接触角度和花生油的接触角度
4、疏水角度(胶带剥离性，100次)
试验方法：用3M胶带粘贴压实后，以水平向上45°方向用力拉扯。重复100次，用ZR-SDJ-QH6接触角测量仪进行测量疏水角度和疏油角度。
5、耐磨性(线性耐磨耗仪)
测试方法：采用深圳市鑫衡森贸易有限公司生产的X-575-T型往复式线性耐磨耗仪来测试膜层的耐磨性能。实验参数设置：荷重为1kg/cm2，摩擦介质为法兰绒布，磨耗速率为40cycles/min，200cycles。
其实验结果参阅表1：
表1
续表1
从图1和图2分别是水滴和花生油在本实施例所制备的复合涂层表面的接触角照片。可以看出，水滴和油滴在表面保持球状，不能润湿表面，水滴在表面的接触角为156°，油滴的接触角为150°，说明所制备的复合涂层具有超疏水超疏油性能。
Claims (6)
1.一种具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，其特征在于，包括底涂层和面涂层；
所述的底涂层包括下述重量百分比的组分：有机聚硅氮烷S120 10-20%，聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物5-15%，氨基硅烷0.5-2%，罗门哈斯热塑性丙烯酸树脂PARALOID™ B-48S 1-5%，分散剂 0.5-1.5%，混合溶剂A：25-55%；
所述的面涂层包括下述重量百分比的组分：改性的纳米α-氧化铝溶液50-60%，混合溶剂B 40-60%；
所述的有机聚硅氮烷S120通过下述方法制备的：
1）向清洁并干燥的三口烧瓶中，加入10g二甲基二氯硅烷、55g干燥吡啶、7.5g四氯硅烷和0.12g三甲基铝催化剂，搅拌混合均匀；
2）将三口烧瓶置于冰盐浴中，保持反应温度在0-5℃，在通氮气的条件下，搅拌反应6-8小时；
3）反应过程中，在滴加漏斗中加入9g氨气，缓慢滴加至反应烧瓶中，反应结束后，停止加入氨气；
4）通过离心分离、过滤以除去固态产物，收集滤液；
5）将滤液在旋转蒸发仪下蒸馏，移除溶剂，获得100%固含的无色透明澄清液体有机聚硅氮烷，记为有机聚硅氮烷S120，分子量在3500-4500；
所述的改性的纳米α-氧化铝溶液通过下述方法制备的：
1）将6g纳米α-氧化铝与80.4g异丙醇搅拌均匀得混合溶液；然后，将混合溶液置于超声波处理仪中，进行超声波分散处理30-50分钟；
2）将分散好的纳米α-氧化铝溶液转移到三口烧瓶中；再依次加入1.5gTMOS、1.5gTEOS和1.5g十七氟癸基三甲氧基硅烷；
3）将5g蒸馏水与5g 1wt%冰醋酸溶液混合，充分搅拌；再将混合溶液缓慢滴加到步骤2）的三口烧瓶中，滴加速度控制在1-2滴/秒，温度保持在60-70℃，并持续搅拌6-8小时，以充分进行氧化铝表面改性反应；反应结束后，将所得混合物冷却至室温，获得固含为9%的改性纳米α-氧化铝溶液；
所述的聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物采用SEKISUI日本积水mbx-30，粒径25-31um。
2.根据权利要求1所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，其特征在于，所述的氨基硅烷采用德固赛AMEO；所述的分散剂采用毕克BYK润湿分散剂DISPERBYK-2152。
3.根据权利要求1所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，其特征在于，底涂层所述的混合溶剂A由质量比20-40:1-15的丙二醇甲醚醋酸酯和异构烷烃。
4.根据权利要求1所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层，其特征在于，面涂层所述的混合溶剂B由质量比10-20：30-50的丙酮和异丙醇组成。
5.权利要求1所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层的制备方法，其特征在于，依次包括下述步骤：
（1）底涂层的制备：按照权利要求1中所述重量百分比称取各个物质，室温下，烧杯中加入混合溶剂，继续加入罗门哈斯热塑性丙烯酸树脂PARALOID™ B-48S，进行充分溶解，继续加入聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物，在高速搅拌机上采用500 r/min搅拌10 min，然后提升到2500 r/min继续搅拌30min，进行充分分散，再降低速度到1000转，继续加入剩余组分，续搅拌30分钟，制备了底涂层；
（2）面涂层的制备：按照权利要求1中所述的重量百分比称取各个物质，将改性的纳米α-氧化铝溶液和混合溶剂混合均匀，用超声波分散30分钟即可。
6.权利要求1所述的具有高耐磨、高耐候、超疏水和超疏油性能的纳米涂层的施工方法，其特征在于，使用前要充分搅拌均匀，采用HVLP枪空气喷涂方式施工，多次薄而均匀喷涂，干燥后涂层厚度在10-25微米，等待20-30分钟，待底涂干燥后，进行面涂喷涂；面涂层同样采用HVLP枪进行多次薄而均匀喷涂，继续常温放置30分钟。
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