一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层及其制备方法，通过聚苯乙烯改性处理，添加交联剂(聚四氟乙烯)，改性剂与KH792改性后的纳米二氧化硅粒子混合，形成具有硬度高、耐磨性好、结合力强且兼具“微米聚苯乙烯‑纳米二氧化硅结构”的超双疏涂层。该结构由乳液状态和聚苯乙烯和凝胶状态二氧化硅，通过嵌段交联，将纳米二氧化硅与微米聚苯乙烯进行重塑构建，实现涂层耐磨损性能显著提高，通过聚苯乙烯与二氧化硅之间的键合反应，使每一单层“微米聚苯乙烯‑纳米二氧化硅结构”间具有较好的结合力，且每种结构均具有超双疏性能，实现涂层的耐磨性极大提高，且能够一体化制备，对聚苯乙烯耐磨损具有理论上的颠覆和技术上的突破。

Polystyrene abrasion resistant integrated super hydrophobic coating and preparation method thereof

The invention discloses a polystyrene wear-resistant integration super hydrophobic coating and its preparation method, using polystyrene modification, crosslinking agent (PTFE), modifier and KH792 modified nano silica particles mixed after formation, with high hardness, good abrasion resistance, strong binding force with micron polystyrene the structure of nano silica superamphiphobic coating. The structure consists of emulsion and polystyrene and silica gel state, through block crosslinking, nano silica and polystyrene micron re construction, realize the wear resistance of coatings increased by between polystyrene and silica bonded reaction, which has good binding force of every single micron polystyrene nano silica structure \, and each kind of structure with super amphiphobic performance, can enhance the wear resistance of coating, and can be integrated with the theoretical preparation, subversion and technical breakthrough of polystyrene abrasion.

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层及其制备方法
本专利技术涉及超双疏复合涂层领域，特别涉及一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
在二十世纪九十年代初，德国生物学家通过对几百种植物叶面进行研究，认为这种自清洁的特征是有粗糙表面上微米的乳突以及表面疏水性的蜡质的存在共同引起的。荷叶表面微观形貌的扫描电镜照片通过对荷叶表面进行扫描电镜分析可知，荷叶表面有许多乳头状凸起，如图1(a)乳头状的突起又被许多纳米尺度的蜡状晶体所覆盖，如图1(b)。在这些微小的凹凸之间，储存着大量的空气。这样，当水滴到荷叶上时，由于空气层、乳头状突起和蜡质层的共同托持作用，使得水滴不能渗透，因而能自由滚动。荷叶表面具有自清洁性能，可以很容易的带走污染物，效果如图1(c)。超疏水表面的研究在近几年获得飞速发展，目前已经开发出多种超疏水表面制作技术，制备出许多性能优异的超疏水性表面，但是在获得广泛应用之前还有许多问题需要进行深入研究探讨。(1)稳定性差，超疏水表面具有微细的粗糙结构，容易受加工和使用过程中的冲击、摩擦等作用而损坏，特别是许多超疏水材料表层的微细结构跟基底材料没有大的粘结力很容易脱落，从而严重影响超疏水性能。(2)老化问题，超疏水表面在外界环境中容易受到灰尘，油性物质等污染，逐渐失去超疏水性能。而对这些污染物的清洗非常困难，清洗过程中的作用力易导致表面微细结构的破坏。现有方法都还不能完全解决老化失效的难题。。(3)制备成本问题，采用简单有效、价格低廉、环境友好的方法制备具有耐磨损的超疏水涂层工业生产的必然趋势。同时由于大多数污染物都是油溶性的，因此，具有超双疏性质的自清洁表面，比仅具超疏水效果的表面有更大的市场应用前景。通过对表面化学组成和微观粗糙结构的巧妙设计，目前已有制备超双疏涂层的相关文献报道。超双疏表面的设计方案主要基于以下两种原理:一是依靠氟原子迁移至表面，使表面具有极低的表面能，油污不易在其表面粘接；二是依靠光催化降解作用，使有机油污分解。超疏水表面在使用过程中，当受到磨损或油污污染微观结构遭到破坏时，表面粗糙度会降低，从而引起接触角减小；另外，表面磨损也会使低表面能物质逐渐减少，表面的化学组成发生改变，导致超疏水表面的疏水性能降低或丧失。YaoLu(Robustself-cleaningsurfacesthatfunctionwhenexposedtoeitherairoroil,Science,2015,347(6226):1132-1135)等发现通过在基体材料表面刷涂双面胶，后再表面喷涂改性二氧化钛，获得具有优异耐磨性的超双疏涂层，但其需通过两步操作：1，基体喷涂双面胶(类似底漆)；2，在双面胶表面喷涂改性二氧化钛(类似面漆)。对于长距离、大表面的基体材料，此种操作易对底漆造成破坏，从而降低了超双疏涂层的使用性能。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的聚苯乙烯超双涂层工艺要求高、耐磨损性能差、结合能力低，且难以实现一体化制备、无法修复等技术问题，本专利技术的目的是提供一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层及其制备方法。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种聚苯乙烯超疏水涂料的制备方法，包括如下步骤：1)将聚苯乙烯进行搅拌、加热，使乳液的分子链充分开启；2)向聚苯乙烯乳液中加正丁醇和N,N-二甲基乙酰胺进行改性，获得聚苯乙烯稀释乳液，然后加入聚四氟乙烯，搅拌、混匀，得到混合物1；3)向混合物1与二甲基酰砜进行混合，添加甲醇溶解成胶状物；4)将纳米二氧化硅粒子加入到步骤3)中得到的胶状物中，然后添加四氯化碳，并加入纳米助剂，加热、搅拌混匀，得到混合物2；5)将二氯甲烷和乙酸异戊酯混合，加热搅拌，得混合物3；6)将所述混合物2和混合物3混合，调节pH值为5-7，加热回流设定时间后，得到混合物4；7)将二氯甲烷和甲苯混合、超声分散后，得到混合物5；8)将所述混合物4与所述混合物5混合，得到混合物6，并向混合物6中加入卤代芳香烃和2-丁酮，加热搅拌后，获得超双疏涂层涂料；上述步骤中，只要不影响制备，可互换。卤代芳香烃是指芳烃分子中的一个或几个氢原子被卤素原子取代后生成的，可分为侧链卤代芳烃和芳环卤代芳烃两类。本文中对卤代芳香烃的种类没有特别限定，优选的，所述卤代芳香烃包括以下结构的化合物：其中，X为卤素原子，n为1-10。优选的，步骤1)中，聚苯乙烯乳液加热的温度为60-120℃，搅拌的速率为1000-1400r/min，搅拌的时间为0.5-2h，然后静置4-6h。静置是留足反应时间，使聚苯乙烯充分打开，利于纳米粒子接枝上去。优选的，步骤2)中，正丁醇的加入量为聚苯乙烯稀释液的重量百分比为30-42％，N,N-二甲基乙酰胺的加入量为聚苯乙烯稀释液的重量百分比为45-65％；聚四氟乙烯的加入量为聚苯乙烯稀释乳液的重量百分比为15-25％，聚四氟乙烯的固含量为15％。正丁醇和N,N-二甲基乙酰胺可以起到稀释作用并促进反应的进行。其中，固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。进一步优选的，步骤2)中，加入聚四氟乙烯后，搅拌的速率为800-1400r/min，搅拌的时间为1.5-4h。优选的，步骤3)中，混合物1与二甲基酰砜的质量比为1：2-4，将得到的胶状物超声分散15-35min。优选的，步骤4)中，所述纳米二氧化硅粒子与胶状物的质量比为1:3-3:13，加入的四氯化碳质量占混合物2总质量的10-15％。优选的，步骤4)中，所述纳米助剂为BYK3700纳米助剂，纳米二氧化硅粒子与BYK3700纳米助剂的质量比为1:3-2:7；加热的温度为70-140℃，搅拌的速率为1000-1400r/min，搅拌的时间为0.5-2h。纳米助剂能提高纳米粒子的性能，改善与六次甲基二硅氧烷的结合效果。BYK3700纳米助剂的化学组成为：含OH官能团的有机硅改性聚丙烯酸酯溶液，可通过常规购买途径得到。优选的，步骤5)中，二氯乙烷和乙酸异戊酯的质量比为1:2-7，加热温度为70-100℃，搅拌的速率为900-1300r/min，搅拌的时间为0.5-1.5h。文中的有机溶剂可以改善基体的性质，打开自身分子链，提高与纳米粒子的结合力。优选的，步骤6)中，混合物2和混合物3的质量比为1:3-5:28，加热回流的温度为70-140℃，加热的时间为2-5h，搅拌速率为1000-2200r/min。优选的，步骤7)中，二氯甲烷和甲苯的质量比为1:4-2:9，超声分散0.5-2h。二氯甲烷和甲苯起到稀释作用，利于各类粒子和基体的混合反应。优选的，步骤8)中，混合物6、卤代芳香烃和2-丁酮的质量比为1:3:5，加热的温度为65-75℃，搅拌的速率是900r/min，搅拌的时间为5h，调节粘度为15-25Pa.s，优选为20Pa.s。卤代芳香烃和2-丁酮起到稀释作用，利于各类粒子和基体的混合反应。上述制备方法制备得到的聚苯乙烯超疏水涂料。一种聚苯乙烯耐磨损一体化超疏水涂层，由上述聚苯乙烯超双疏涂料制备而来。该聚苯乙烯超双疏涂料在防水防腐涂料、刚才表面处理、汽车挡风玻璃的疏水疏油涂层、外墙和雕塑的自清洁涂料中的应用。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过聚苯乙烯改性处理，添加交联剂(聚四氟乙烯)，改性剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯乙烯超双疏涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将聚苯乙烯进行搅拌、加热，使乳液的分子链充分开启；2)向聚苯乙烯乳液中加正丁醇和N,N‑二甲基乙酰胺进行改性，获得聚苯乙烯稀释乳液，然后加入聚四氟乙烯，搅拌、混匀，得到混合物1；3)向混合物1与二甲基酰砜进行混合，添加甲醇溶解成胶状物；4)将纳米二氧化硅粒子加入到步骤3)中得到的胶状物中，然后添加四氯化碳，并加入纳米助剂，加热、搅拌混匀，得到混合物2；5)将二氯甲烷和乙酸异戊酯混合，加热搅拌，得混合物3；6)将所述混合物2和混合物3混合，调节pH值为5‑7，加热回流设定时间后，得到混合物4；7)将二氯甲烷和甲苯混合、超声分散后，得到混合物5；8)将所述混合物4与所述混合物5混合，得到混合物6，并向混合物6中加入卤代芳香烃和2‑丁酮，加热搅拌后，获得超双疏涂层涂料；上述步骤中，只要不影响制备，可互换。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯乙烯超双疏涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将聚苯乙烯进行搅拌、加热，使乳液的分子链充分开启；2)向聚苯乙烯乳液中加正丁醇和N,N-二甲基乙酰胺进行改性，获得聚苯乙烯稀释乳液，然后加入聚四氟乙烯，搅拌、混匀，得到混合物1；3)向混合物1与二甲基酰砜进行混合，添加甲醇溶解成胶状物；4)将纳米二氧化硅粒子加入到步骤3)中得到的胶状物中，然后添加四氯化碳，并加入纳米助剂，加热、搅拌混匀，得到混合物2；5)将二氯甲烷和乙酸异戊酯混合，加热搅拌，得混合物3；6)将所述混合物2和混合物3混合，调节pH值为5-7，加热回流设定时间后，得到混合物4；7)将二氯甲烷和甲苯混合、超声分散后，得到混合物5；8)将所述混合物4与所述混合物5混合，得到混合物6，并向混合物6中加入卤代芳香烃和2-丁酮，加热搅拌后，获得超双疏涂层涂料；上述步骤中，只要不影响制备，可互换。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，聚苯乙烯乳液加热的温度为60-120℃，搅拌的速率为1000-1400r/min，搅拌的时间为0.5-2h，然后静置4-6h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，正丁醇的加入量为聚苯乙烯稀释液的重量百分比为30-42％，N,N-二甲基乙酰胺的加入量为聚苯乙烯稀释液的重量百分比为45-65％；聚四氟乙烯的加入量为聚苯乙烯稀释乳液的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，吴亚平，李辛庚，王晓明，闫风洁，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37