CN117720849A - 一种固废基超疏水防污防腐涂层及其制备和涂装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料制备技术领域，更具体而言，涉及一种固废基超疏水防污防腐涂层及其制备和涂装方法。所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的粘结性树脂和超细固废颗粒；面涂包括具有微纳米粗糙结构的纳米粒子和超疏水的低表面能聚合物。本发明提供了一种固废基超疏水防污防腐涂层及其制备涂装方法，超疏水涂层的填料使用固体废弃物颗粒，既可以降低成本，又可以变废为宝；以低表面能聚合物为疏水改性剂，避免了含氟物质的使用，使得所述涂料具有环境友好性。本发明的超疏水涂层制作步骤简单，易于控制，利于大规模的工业化生产，涂装方法简单，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，更具体而言，涉及一种固废基超疏水防污防腐涂层及其制备和涂装方法。
背景技术
基材表面腐蚀和污染现象在人们的生产生活过程中无处不在，其对于铁路运输、通信设施、输电线路、建筑墙面等结构材料的可靠性和安全性有着极大的危害。现阶段人们已经开发了多种不同的方法用于基材表面的腐蚀防护，包括牺牲阳极、元素合金、缓蚀剂、电镀、有机涂层等多种保护方法。其中，这之中涂料防腐具有成本低、实用性强、节能等优点。与此同时，利用水和各种清洁剂来清洁表面的过程中，不可避免的会出现划痕。这会使得内部基材遭到破坏沾染灰尘，在重复清洗的过程中，降低基材的使用寿命。因此具有超疏水性能的防污防腐涂层成为近年来的研究热点。
超疏水表面是一种水接触角（WCA）大于150°，滑动角（SA）小于10°的特殊表面。它在自清洁、防腐等领域具有广泛的应用。超疏水防腐涂料在近年来也得到快速的发展，国内外学者对其做了大量的研究，在已知的研究中，中国发明专利公开号为CN114262531A，名称为一种纯纳米改性无机矿物质非化学法制成的无机防腐涂料，对化工原料要求较低，使得其生产成本较低，可进行大量生产，广泛使用，且该种防腐涂料防火性能耐高温性能好，对喷涂表面处理要求低，使用方便。中国发明专利公开号为CN106433364A，名称为一种基于水性乳液的超疏水涂料，将无机纳米粒子分散在乙醇中，依次加入水性乳液和含氟硅烷偶联剂搅拌0.5-2 h 喷涂于玻璃、金属等基底，干燥后得到超疏水涂层。
但以上超疏水涂层需要用到价格昂贵的纳米颗粒，或成本较高的制备工艺，较难应用到实际中。且很难在强酸强碱和外界污染下保持良好的超疏水性。因此，研究开发一种经济有效的超疏水防污防腐涂层有很重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个方面的目的在于，提供一种固废基超疏水防污防腐涂层，所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的粘结性树脂和超细固废颗粒；面涂包括具有微纳米粗糙结构的纳米粒子和超疏水的低表面能聚合物。
本发明的另一个方面的目的在于，提供一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，所述制备方法的具体步骤如下：
S1.制备底涂：将粘结性树脂与固化剂Ⅰ按照比例加入容器中，加入无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解，搅拌30min后，加入超细固废颗粒，再次置于磁力搅拌器上搅拌30min，搅拌完成制得该涂层底涂；
S2.制备面涂：将低表面能聚合物与固化剂Ⅱ按照比例加入烧杯中，加入乙酸丁酯溶解，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解，加入纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解，搅拌完成制得该涂层面涂。
优选的，所述S1中粘结性树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂，固化剂Ⅰ为胺类固化剂、酸酐类固化剂、酸类固化剂中的一种；粘结性树脂、固化剂Ⅰ和无水乙醇的质量比为10:1:200-300。
优选的，所述S1中粘结性树脂和超细固废颗粒的质量比为1：0.5-2.5。
优选的，所述S1中超细固废颗粒为煤粉炉粉煤灰、流化床粉煤灰、钢渣粉、矿渣、草木灰或秸秆灰固废中的一种或多种组合；超细固废颗粒粒径为0.1~40微米。
优选的，所述S1中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min。
优选的，所述S2中低表面能聚合物为聚二甲基硅氧烷（PDMS），十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）以及各种硅烷偶联剂；固化剂Ⅱ为某些低表面能聚合物配套的固化剂，如道康宁DC184等；低表面能聚合物与固化剂Ⅱ的质量比10：1；纳米粒子为SiO2、碳酸钙或其他纳米粒子中的一种或几种组合。
优选的，所述S2中纳米粒子、低表面能聚合物和乙酸丁酯溶剂的质量比为1：4：50。
优选的，所述S2中搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30 min。
本发明的再一个方面的目的在于，提供一种固废基超疏水防污防腐涂层的涂装方法，所述涂装方法是在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在涂层表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成即形成固废基超疏水防污防腐涂层。
本发明所具有的有益效果如下：
本发明提供了一种固废基超疏水防污防腐涂层及其制备涂装方法，超疏水涂层的填料使用固体废弃物颗粒，既可以降低成本，又可以变废为宝；以低表面能聚合物为疏水改性剂，避免了含氟物质的使用，使得所述涂料具有环境友好性。本发明的超疏水涂层制作步骤简单，易于控制，利于大规模的工业化生产，涂装方法简单，易于推广。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例三涂料数码拍摄和扫描电镜拍摄图；
图2是本发明实施例三涂料用于基材表面防污实验效果图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
将1 g环氧树脂和0.1 g配套固化剂（三乙烯四胺）加入烧杯中，加入30ml无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解。搅拌速度为750 r/min，搅拌时间为30 min，随后，加入0.5 g平均粒度为2.8μm的超细煤粉炉粉煤灰。以同样的搅拌速度搅拌30 min得到超疏水涂层的底涂。
将2 gPDMS与0.2 g配套固化剂（康宁DC184）按照质量比10：1加入烧杯中，加入25ml的乙酸丁酯，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解。后加入0.5g的SiO2纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解。搅拌时间为30min。搅拌速度为750 r/min。搅拌完成后得到超疏水涂层的面涂。
将实施例一制备的超疏水防污防腐涂料喷涂在在载玻片上，在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在材料表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成。干燥后测其静态水接触角为149.8°。
实施例二
将1 g环氧树脂和0.1 g配套固化剂（三乙烯四胺）加入烧杯中，加入30ml无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解。搅拌速度为750 r/min，搅拌时间为30 min，随后，加入1.0 g平均粒度为2.8μm的超细煤粉炉粉煤灰。以同样的搅拌速度搅拌30 min得到超疏水涂层的底涂。
将2 gPDMS与0.2 g配套固化剂（康宁DC184）按照质量比10：1加入烧杯中，加入25ml的乙酸丁酯，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解。后加入0.5g的SiO2纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解。搅拌时间为30min。搅拌速度为750 r/min。搅拌完成后得到超疏水涂层的面涂。
将实施例一制备的超疏水防污防腐涂料喷涂在在载玻片上，在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在材料表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成。干燥后测其静态水接触角为153.5°。
实施例三
将1 g环氧树脂和0.1 g配套固化剂（三乙烯四胺）加入烧杯中，加入30ml无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解。搅拌速度为750 r/min，搅拌时间为30 min，随后，加入1.5 g平均粒度为2.8μm的超细煤粉炉粉煤灰。以同样的搅拌速度搅拌30 min得到超疏水涂层的底涂。
将2 gPDMS与0.2 g配套固化剂（三乙烯四胺）按照质量比10：1加入烧杯中，加入25ml的乙酸丁酯，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解。后加入0.5g的SiO2纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解。搅拌时间为30min。搅拌速度为750 r/min。搅拌完成后得到超疏水涂层的面涂。
将实施例一制备的超疏水防污防腐涂料喷涂在在载玻片上，在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在材料表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成。干燥后测其静态水接触角为156.8°。
实施例四
将1 g环氧树脂和0.1 g配套固化剂（（三乙烯四胺）加入烧杯中，加入30ml无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解。搅拌速度为750 r/min，搅拌时间为30 min，随后，加入2.0g平均粒度为2.8μm的超细煤粉炉粉煤灰。以同样的搅拌速度搅拌30 min得到超疏水涂层的底涂。
将2 gPDMS与0.2 g配套固化剂（康宁DC184）按照质量比10：1加入烧杯中，加入25ml的乙酸丁酯，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解。后加入0.5g的SiO2纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解。搅拌时间为30min。搅拌速度为750 r/min。搅拌完成后得到超疏水涂层的面涂。
将实施例一制备的超疏水防污防腐涂料喷涂在在载玻片上，在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在材料表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成。干燥后测其静态水接触角为151.7°。
实施例五
将1 g环氧树脂和0.1 g配套固化剂（三乙烯四胺）加入烧杯中，加入30ml无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解。搅拌速度为750 r/min，搅拌时间为30 min，随后，加入2.5 g平均粒度为2.8μm的超细煤粉炉粉煤灰。以同样的搅拌速度搅拌30 min得到超疏水涂层的底涂。
将2 gPDMS与0.2 g配套固化剂（康宁DC184）按照质量比10：1加入烧杯中，加入25ml的乙酸丁酯，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解。后加入0.5g的SiO2纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解。搅拌时间为30min。搅拌速度为750 r/min。搅拌完成后得到超疏水涂层的面涂。
将实施例一制备的超疏水防污防腐涂料喷涂在在载玻片上，在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在材料表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成。干燥后测其静态水接触角为150.2°。
随着粉煤灰添加量的增加，该涂层的接触角呈现先增大后减小的趋势。当粉煤灰的添加量为1.5g时，其接触角最大，达到156.8°。遂将实施例三的涂层进行数码拍摄和扫描电镜拍摄（SEM），如图1所示。粉煤灰防污防腐超疏水涂层表面为致密的黑色结构，表面呈现超疏水性。当粉煤灰的添加量为1.5 g时，其表面粗糙度良好其疏水性最好。
将超疏水涂料用于基材表面防污。
将少量石膏作为污染物洒落于涂覆有实施例三涂层的载玻片表面，将表面放有模拟污染物的涂层样品稍加倾斜放置于培养皿中，用水冲刷涂层表面，观察并记录涂层表面的情况。将样品浸泡在水中30 s，缓慢将样品取出，观察并记录涂层表面的情况。
如图2所示，在污染物上方滴落少量的水，涂层表面上的粉末立即被滚动的水滴冲刷掉，呈现出类似于“荷叶效应”的自清洁现象。
将超疏水涂料用于基材表面的腐蚀防护。
将涂覆有实施例三涂层的载玻片分别浸泡在pH=2和pH=12的强酸强碱溶液中。分别在浸泡2h、4h、6h、8h和10h时间后取出，对其接触角进行测量，如下表一所示，可以看出，在pH=2和pH=12的强酸强碱溶液中，随着浸泡时间的增加，实施例三涂层表面的接触角没有明显变化，且接触角始终大于150°。这表明实施例三涂层在腐蚀环境下也可以维持超疏水性。
表一.接触角测量结果
以上所述仅为本发明优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种固废基超疏水防污防腐涂层，其特征在于：所述涂层包括底涂和面涂；面涂位于底涂外表面；底涂包括粘结作用的粘结性树脂和超细固废颗粒；面涂包括具有微纳米粗糙结构的纳米粒子和超疏水的低表面能聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤如下：
S1.制备底涂：将粘结性树脂与固化剂Ⅰ按照比例加入容器中，加入无水乙醇置于磁力搅拌器上完全溶解，搅拌30min后，加入超细固废颗粒，再次置于磁力搅拌器上搅拌30 min，搅拌完成制得该涂层底涂；
S2.制备面涂：将低表面能聚合物与固化剂Ⅱ按照比例加入烧杯中，加入乙酸丁酯溶解，经过磁力搅拌器完全搅拌后溶解，加入纳米粒子，再次以磁力搅拌器溶解，搅拌完成制得该涂层面涂。
3.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S1中粘结性树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂，固化剂Ⅰ为胺类固化剂、酸酐类固化剂、酸类固化剂中的一种；粘结性树脂、固化剂Ⅰ和无水乙醇的质量比为10:1:200-300。
4.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S1中粘结性树脂和超细固废颗粒的质量比为1：0.5-2.5。
5.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S1中超细固废颗粒为煤粉炉粉煤灰、流化床粉煤灰、钢渣粉、矿渣、草木灰或秸秆灰固废中的一种或多种组合；超细固废颗粒粒径为0.1~40微米。
6.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S1中磁力搅拌器搅拌速度为500 r/min-800 r/min。
7.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S2中低表面能聚合物为聚二甲基硅氧烷，十六烷基三甲氧基硅烷以及各种硅烷偶联剂；固化剂Ⅱ为某些低表面能聚合物配套的固化剂；低表面能聚合物与固化剂Ⅱ的质量比10：1；纳米粒子为SiO2、碳酸钙或其他纳米粒子中的一种或几种组合。
8.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S2中纳米粒子、低表面能聚合物和乙酸丁酯溶剂的质量比为1：4：50。
9.根据权利要求2所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述S2中搅拌速度为500 r/min-800 r/min，搅拌时间为30 min。。
10.根据权利要求1所述的一种固废基超疏水防污防腐涂层的涂装方法，其特征在于：所述涂装方法是在材料表面喷一层底涂，在烘箱中80℃干燥两个小时，随后在涂层表面喷一层面涂，同样在烘箱中80℃干燥两个小时，涂装完成即形成固废基超疏水防污防腐涂层。
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