一种材料表面防护用超疏水涂层喷剂及其制备和使用方法技术

本发明专利技术提供一种材料及设施表面防护用超疏水喷剂及其制备和使用方法，所述超疏水喷剂为低粘度液体，由纳米结构和微米结构粒子与疏水物质经过化学反应而制成。通过喷涂工艺可在需要防护的基材表面形成一层超疏水薄膜，该薄膜具有类似于荷叶表面的微米‑纳米复合二元结构，与水的接触角不小于150°，滚动角小于10°，具有极好的疏水性能。本发明专利技术提供的超疏水喷剂成本低，材料及工艺环保，制作、喷涂工艺简便，不受基材或设施形状和结构的限制，易于实现工业化，防护效果耐久性好。可广泛应用于混凝土、金属、玻璃等材质基材表面的疏水化防护，可使基材表面呈现优异憎水效果，同时还具有自清洁防污、耐腐蚀、抑制冰霜凝结等功能。

Super hydrophobic coating spray for surface protection of material and preparation and use method thereof

The invention provides a surface protection material and facilities with super hydrophobic spray and its preparing process and use of the super hydrophobic spray for low viscosity liquid, composed of nano structure and micro structure of particles and hydrophobic substances made by chemical reaction. Through the spraying process can form a layer of super hydrophobic film on surface of the substrate to be protected, the film is similar to the lotus leaf surface micro nano composite structure of two yuan, and the water contact angle of not less than 150 degrees, the rolling angle less than 10 degrees, with excellent hydrophobic properties. The super hydrophobic spray provided by the invention has the advantages of low cost, environment-friendly material and process, easy fabrication and spraying process, no limitation of the shape and structure of the substrate or the facilities, easy realization of industrialization, good protection effect and good durability. Can be widely used in hydrophobic protective concrete, metal, glass and other materials on the surface of the substrate material, can present excellent water repellent effect of substrate surface to, but also has self-cleaning antifouling, corrosion inhibition, frost condensation function.

【技术实现步骤摘要】
一种材料表面防护用超疏水涂层喷剂及其制备和使用方法
本专利技术涉及混凝土、金属、玻璃、石材、纺织品、塑料、木材等材质基材表面疏水化防护，应用范围是交通设施、建筑物、交通工具、织物等。具体是一种材料及设施表面防护用超疏水涂层喷剂及其制备和使用方法。
技术介绍
在大气、阳光、酸雨、盐雾、高低温等物理或化学因素作用下，混凝土、金属、玻璃、石材、纺织品、塑料、木材等材质设施在使用过程中会出现这样那样的问题。如金属表面会被腐蚀而出现锈蚀，混凝土、石材在水分及高低温变化、碱酸作用下容易被侵蚀而出现风化开裂，玻璃表面会结雾、结霜，纺织品表面会吸附大量污染物，木材易吸潮发生湿胀、变形和霉变，电线等在低温下表面容易结冰，等等。这些现象给人们的日常生活和工作造成了很大困扰，对工程及设备的正常运营和安全生产造成了极大威胁。为改善工作和生活环境，减少资源和能源的浪费，提高相关设施及工程的耐久性，许多科研机构投入了大量的人力、物力、财力研发表面防护材料来解决这些难题和实际问题。超疏水材料凭借其能够有效抑制材料表面氧化、腐蚀、污染物附着、结冰结霜和减少材料表面电流传导等而备受人们的关注，这些特殊的性能使其在建筑物、轮船、电气设备、洁具、卫星天线、电缆、玻璃等的表面防护方面具有很大的应用价值。研究发现，超疏水特性是由材料的表面微结构和材料的表面化学组成共同决定的。采用刻蚀法、溶胶-凝胶法、气相沉积法、电化学法、异相成核法、等离子体处理法、交替沉积法、模版法、自组装法、溶剂-非溶剂法等方法，在混凝土、金属、玻璃、石材、纺织品、塑料、木材等材质基材表面构建牢固的超疏水涂层，可以阻止这些材料与水分及有害物质接触，从而便可对这些基材进行保护和防护，最终可以提高相关基材的耐久性、延长使用寿命，并赋予这些材料及相应设施具有防水、耐腐蚀、防污自清洁、防结冰结霜等性能。公开号为CN101935834A、CN101007304A的专利通过沸水或硝酸及其铜-镍盐对铝材进行处理再辅以疏水化修饰，得到超疏水的铝及铝合金表面。该方法仅局限于铝制品表面的超疏水修饰。公开号为CN101649152A、CN101307210A、CN101157809、CN101117713、CN101205439A的专利和美国专利US6068911等通过将EVA、硅丙乳液或聚四氟乙烯粉等聚合物与正硅酸乙酯、无机纳米粒子、硅烷偶联剂等在酸性或碱性催化剂作用下，经过复杂工艺制备得到超疏水涂层。公开号为CN101734945、CN103923561、CN104231916A、CN102795786A、CN104650725的专利利用有机硅、表面改性纳米粒子、石墨烯等制得防护剂，其涂膜对水的接触角提升小、憎水效果欠佳或防护时间短、应用于工程时实用性受限。然而，现有的这些方法或多或少存在以下一些问题：(1)使用昂贵的材料(如表面极低的氟聚合物等)或设备，成本高，实际利用价值低；(2)用到有毒的溶剂(如甲苯、二甲苯等)，不利于施工及环保应用要求；(3)在防护剂应用前需要对基材表面进行打磨、抛光、清洗等繁琐处理；(4)难以达到优异的憎水效果或超疏水涂层附着不牢，在外力作用下容易破坏、防护时间短；(5)需要复杂的制备工艺，很难在大面积的工程表面施工，应用于工程时实用性受到很大局限性，等等。而实际中采用的方法通常要求原材料及制备设备等成本低、材料及工艺环保、制备工艺简单、防护效果耐久性好等。因此，目前真正具备实用性、高效性、环保性、耐久性的表面防护用超疏水材料并不多见，专利技术一种简单而且成本低的技术制备超疏水防护材料、并能够通过简单的工艺制备防护涂层是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混凝土、金属、玻璃、石材、纺织品、塑料、木材等材质基材表面防护用超疏水涂层喷剂，以保证这些基材及相应设备设施在大气、阳光、酸雨、盐雾、高低温等物理或化学因素作用下免受或少受被腐蚀而锈蚀、霉变、变形、风化开裂、渗水、结雾/结霜/结冰、吸附污染物等问题。本专利技术的另一目的在于提供一种基材表面保护用低成本、环保、制备工艺简单、防护效果好的超疏水涂层喷剂的制备方法。本专利技术的进一步目的在于提供一种超疏水涂层喷剂的使用方法。为实现上述之目的，本专利技术采取的技术方案为：(一)一种超疏水涂层喷剂，是由无机纳米粒子、无机微粒、疏水剂、溶剂组成，其重量比为无机纳米粒子0.3～2份、无机微粒0～1.7份、疏水剂10～30份、溶剂68～89.7份。上述的无机纳米粒子为粒径在10～80nm的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的至少一种。上述的无机微粒为粒径在0.5～15μm的滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙、高岭土中的至少一种。上述的疏水剂为烷基硅醇盐、烷基硅酸钠、烷基/烷氧基硅烷、硅氧烷、多巴胺、辛胺、十八胺中的至少一种。上述的溶剂是四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正己烷、乙醇、丙酮、异丙醇、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。(二)一种超疏水涂层喷剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在常温常压下，将无机纳米粒子和无机微粒两者或仅无机纳米粒子按照本专利技术的比例加入溶剂中，超声处理5～15min，接着用高速匀浆机分散5～10min。然后调节pH＝4～8，在磁力搅拌下，在10～40min内匀速滴加完疏水剂，接着在超声下反应0.5～3h即制得超疏水喷剂，密封保存。该超疏水喷剂的理化参数如下：外观：白色至灰色半透明液体pH值：6.0～8.0粘度(20℃,mPa·s):1.1-9.0密度(25℃,g/cm3):0.85-1.10(三)一种超疏水涂层喷剂的使用方法，具体为：(1)基材表面预处理：将基材表面吹扫干净，必要时用水、乙醇或丙酮清洗后晾干；(2)喷涂：将制备好的超疏水喷剂装入气压喷雾器，通过压缩空气进行气流雾化喷涂，喷嘴距基材待喷涂表面10～15cm，从左至右以2～5cm/s的速度从上到下依次喷涂，喷涂压力为10～80psi，随后从上至下以2～5cm/s的速度从左到右依次喷涂，喷涂压力不变。待表面自然晾干(约4h)后，再喷涂一遍。喷涂量需达到100～200mL/m2。(3)养护：将涂有防护层的基材在室温下放置2～7d，或在100℃处理0.5～3h即得到具有超疏水功能的防护涂层。本专利技术与现有技术相比，具有如下突出的优点和效果：1)本专利技术所用到的原材料可选择范围宽，容易从市场购买，原材料及工艺环保。2)本专利技术不需要复杂设备，原材料不含氟，材料及制备设备成本低，制备工艺简单。3)本专利技术制备的超疏水防护层具有类似于荷叶表面的微米-纳米复合二元结构，与水的静态接触角不小于150°、滚动角小于10°，使得被保护基材表面呈现出优异的憎水效果，同时还可赋予基材具有自清洁防污、耐腐蚀、抑制冰霜凝结等功能。4)本专利技术采用简便的喷涂工艺即可对基材进行疏水化防护作业，不受基材或设施形状和结构的限制，可用于大尺寸、形状特殊或复杂基材表面的防护，使用方便，施工简单，易于实现工业化。5)本专利技术工作温度为-30～50℃，适宜温度范围宽，对基材的防护时间长，具有很好的耐久性。附图说明图1：用本专利技术防护材料处理后的不同基材表面疏水效果图：(a)铝材，(b)混凝土，(c)玻璃，(d)铜材。图2：用本专利技术防护材料处理后的混凝土(a,b)和玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料表面防护用超疏水涂层喷剂的制备方法，其步骤是：常温常压下，将粒径为10～80nm、重量比是0.3～2份的无机纳米粒子加入重量比是68～89.7份的溶剂中，超声处理5～15min后，用高速匀浆机分散5～10min，然后调节pH＝4～8，再在磁力搅拌下用10～40min匀速滴加重量比是10～30份的疏水剂，最后在超声下反应0.5～3h即制得超疏水涂层喷剂。

【技术特征摘要】
1.一种材料表面防护用超疏水涂层喷剂的制备方法，其步骤是：常温常压下，将粒径为10～80nm、重量比是0.3～2份的无机纳米粒子加入重量比是68～89.7份的溶剂中，超声处理5～15min后，用高速匀浆机分散5～10min，然后调节pH＝4～8，再在磁力搅拌下用10～40min匀速滴加重量比是10～30份的疏水剂，最后在超声下反应0.5～3h即制得超疏水涂层喷剂。2.按照权利要求1所述的方法中，其特征在于：所述的超疏水涂层喷剂中可加入粒径为0.5～15μm的滑石粉、硅灰石、云母粉、碳酸钙、高岭土中的至少一种无机微粒。3.按照权利要求1所述的方法中，其特征在于：所述的无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的至少一种。4.按照权利要求1所述的方法中，其特征在于：所述的溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正己...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯利邦，刘馨，刘艳花，史雪婷，强小虎，王彦平，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62