一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法技术

本发明专利技术为一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法。该方法包括如下步骤：将种子乳液放入容器中，加入氟硅烷和表面活性剂，室温搅拌0.5‑1小时，然后在水中分散得到的乳液，然后将其喷涂到基材表面，喷涂厚度为200‑800nm，然后在125～135度下加热0.5～2小时，得到超双疏涂层。本发明专利技术用工业品乳液直接制备超双疏涂层，与使用纳米粒子相比操作简单，分散较好，所制备的超双疏涂层性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法
本专利技术属于超双疏涂层领域，具体为一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法。
技术介绍
：超双疏表面是指其对水和油的接触角(CA)大于150°，滑动角(SA)小于10°，它们具有有趣的不粘、自清洁和防污染功能。从之前的研究中我们可以得知，材料表面的超疏水和超疏油特性主要归因于表面的微/纳米粗糙结构以及表面的低表面能。在这一理论的基础上，通过在材料表面构造适当的粗糙结构并赋予其低表面能，从而制备出超疏水和超疏油表面的很多方法被报导，例如：等离子刻蚀法、相分离法、层层自组装法、平版印刷法、化学气相沉淀法、溶液浸泡法以及溶胶—凝胶法。虽然制备超双疏材料的方法很多，但在实际应用中还没有得到广泛的应用，一个重要原因是因为耐摩擦、耐水洗性能差。Qiu等将碳酸钙纳米粒子与粘合剂结合，制备了一种坚固的超疏水表面，在100g载荷下，纳米碳酸钙与粘合剂的磨损距离不能超过6.00m。因此，耐久性一直是超双疏涂层实际应用的主要障碍。当超双疏表面受到外界损伤时，表面微观的粗糙结构和低表面能物质会被破坏，最终导致超疏水或超疏油功能性失效。另一个制约它实际应用的原因是制备过程中大量使用有机溶剂会对环境造成一定的污染。Hayakawa等以含氟长链丙烯酸脂为原料，以三氟苯甲烷、偶氮二异丁腈(AIBN)分别作为溶剂、引发剂，通过自由基溶液聚合反应，成功制备出了侧链含有炔基的全氟丙烯酸酯聚合物，全氟丙烯酸酯聚合物具有很强的耐候性和耐腐蚀性，且可以参与下一步合成反应，但制备过程中大量使用有机溶剂会对环境造成一定的污染。
技术实现思路
：本专利技术是针对当前超双疏涂层耐久性差、有机溶剂对环境的污染及回收不便等问题，提供了一种可利用喷涂技术在固体表面制备耐久的超双疏涂层的方法。该方法用工业品乳液和氟硅烷直接制备超双疏涂层，乳液性质稳定，溶剂为水，直接在水中改性，简单环保。表面活性剂有成膜作用，还可以与基材反应，提高涂层耐久性。三个组分都含有氟烷基，结合能力较好，涂料有持久性。本专利技术的技术方案为：一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法，包括如下步骤：物料组成和配比如下：按照以上原料配比，将种子乳液放入容器中，再加入氟硅烷、表面活性剂，室温搅拌0.5-1小时，再加去离子水分散得到的乳液，然后将其喷涂或浸涂到基材表面，然后在125～135度下加热0.5～2小时，得到超双疏涂层，涂层厚度为200-800nm；所述的种子乳液具体为PVDF、PTFE、PCTFE或PVDF-HFP乳液，固含量为8～17％，粒径为60～250nm。所述的氟硅烷为：碳链长度大于4，且端基为甲氧基、乙氧基或含氯基团的全氟硅烷中的一种或多种；具体为十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、全(十三)氟辛基三乙氧基硅烷或全(十三)氟辛基三甲氧基硅烷。所述的表面活性剂为：碳链长度大于4，具有成膜物质且含氟烷基基团中的一种或多种的表面活性剂；具体为杜邦水溶性阳离子表面活性剂(Zonyl321)。所述的基材具体为棉布、滤纸、木材、海绵、玻璃、金属或硅片。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术在各种基材表面制备的超双疏涂层与水、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷等的接触角大于150°，对十六烷的接触角大于150°还是比较困难的，因而使基材具有优异的超疏水和超疏油性能，以及良好的自清洁性能。(2)本专利技术利用浸涂或喷涂技术在各种基材表面制备的超双疏涂层具有良好的耐久性和牢固性，该涂层在12.1Mpa的压力下经过500转摩擦仍保持超双疏性能，达到这样耐磨性的制备还较少。该涂层在使用过程中不会轻易因为机械损伤而丧失超疏水性能。(3)本专利技术利用浸涂或喷涂技术制备的超双疏涂层，浸涂或喷涂技术操作方便，涂装速度快，浸涂或喷涂所制备的涂层均匀，性质稳定。(4)本专利技术以水为反应介质，工艺简单易行，清洁环保，易于规模化生产，为实现超疏水涂料的实际应用提供了新思路，开辟了新途径。(5)本专利技术用工业品乳液直接制备超双疏涂层，与使用纳米粒子相比操作简单，分散较好，所制备的超双疏涂层性能稳定。附图说明：图1为本专利技术实施例1的超双疏棉布表面对水和油的超疏水超疏油宏观效果图。图上该液滴从左到右以此为水、丙三醇、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷。图2为本专利技术实施例2的超双疏滤纸表面对水和油的超疏水超疏油宏观效果图。图上该液滴从左到右以此为水、丙三醇、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷。图3为本专利技术实施例3的超双疏木板表面对水和油的超疏水超疏油宏观效果。图上该液滴从左到右以此为水、丙三醇、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷。图4为本专利技术实施例4的超双疏海绵表面对水和油的超疏水超疏油宏观效果图。图上该液滴从左到右以此为水、丙三醇、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷。图5为本专利技术实施例1的超双疏涂层经摩擦之后超疏水超疏油宏观效果图。其中，图5a为超双疏棉布涂层未经过摩擦的宏观效果图；图5b为超双疏棉布涂层经500转摩擦之后超疏水超疏油宏观效果图；图上该液滴从左到右以此为水、橄榄油、十六烷。图6为本专利技术实施例1—4的超双疏涂层经酸碱浸泡之后超疏水超疏油宏观效果图；其中，图6a为超双疏棉布涂层经酸碱浸泡之后超疏水超疏油宏观效果图；图6b为超双疏滤纸涂层经酸碱浸泡之后超疏水超疏油宏观效果图；图6c为超双疏海绵涂层经酸碱浸泡之后超疏水超疏油宏观效果图；图6d为超双疏木材涂层经酸碱浸泡之后超疏水超疏油宏观效果图；图上该液滴从左到右以此为pH＝1的硫酸和pH＝14的氢氧化钾。具体实施方式：本专利技术所述的种子乳液为PVDF、PTFE、PCTFE或PVDF-HFP乳液。这些乳液均为市售公知产品，固含量为8～17％，粒径为60～250nm。本专利技术对软基材(棉布、海绵)采用浸涂模式来制备超双疏涂层，对硬基材(滤纸、木材、玻璃、金属、硅片)采用喷涂模式来制备超双疏涂层。实施例1本实施方式中，基体材料选择棉布，在棉布上涂覆超双疏的涂层制备方法是按如下步骤进行的：(1)对棉布表面进行清洗，得到处理好的基材。(2)在PVDF乳液(10g，固含量为14％，粒径为220nm)中加入十七氟癸基三乙氧基硅烷(2g)、表面活性剂Zonyl321(3g,杜邦公司产品)进行0.5小时的搅拌混合，再加入50克水搅拌均匀(搅拌时间为1小时)，得到了聚合物粒子复合改性乳液。(3)将(1)所得到的基材表面浸到(2)所得的聚合物粒子改性乳液中5分钟，室温干燥10分钟，再将该基材放到130°烘箱中进行烘干热处理1小时，即可得到厚度为700nm的耐久的超双疏涂层。同时，本专利技术对所制备的可浸涂且耐久的超双疏棉布的性能进行检测：(1)对超疏水和超疏油性能进行检测：室温下，用微量注射器量取5uL的水和多种油分别水平滴于上面得到超双疏涂层样品表面，静置5s后，用DSA30S(德国Krüss公司)型接触角测量仪进行测量，读取水和油的接触角数值，采用斜板法测量涂层表面的滚动角；测试结果得出，该涂层对水、橄榄油、石蜡油、矿物油、十六烷的接触角分别为171°，161°，156°，154°，154°，152°。滑移角分别为2°，3°，7°，8°，12°，16°。(2)对超双疏涂层进行耐摩擦检测：按国家标准GB/T1768-93设计制造的JM-IV型磨盘，由两个砂轮安装在转盘上。当旋转砂轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：物料组成和配比如下：

【技术特征摘要】
1.一种水性体系超双疏耐久涂层的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：物料组成和配比如下：按照以上原料配比，将种子乳液放入容器中，再加入氟硅烷、表面活性剂，室温搅拌0.5-1小时，再加去离子水分散得到的乳液，然后将其喷涂或浸涂到基材表面，然后在125～135度下加热0.5～2小时，得到超双疏涂层，涂层厚度为200-800nm；所述的种子乳液具体为PVDF、PTFE、PCTFE或PVDF-HFP乳液，固含量为8～17％，粒径为60～250nm；所述的氟硅烷为碳链长度大于4，且端基为甲氧基、乙氧基或含氯基团的全氟硅烷中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明旺，赵丹丹，袁金凤，张广林，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12