一种包含微纳米疏水材料的乳液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于涂层领域，具体涉及一种包含微纳米疏水材料的乳液及其制备方法与应用。该乳液是一种包括疏水粒子、多功能聚合物、水和选择性溶剂的水分散复合体系，体系中各组分按如下的质量百分比例混合：疏水粒子0.1～50％、多功能聚合物0.2～40％、选择性溶剂0～50％、水0～98％。所述的包含微纳米疏水材料的乳液可用于制备超疏水涂层。形成的涂层具有优良的超疏水性能，良好的柔韧性。所述的包含微纳米疏水材料的乳液可分散亲水颜料又可分散疏水染料，制备多种颜色的疏水涂层；具有环保和性价比优势，原料来源广泛，具有较强的实用和经济价值，有效解决了涂层的安全和性价比问题。

Emulsion containing micro nano hydrophobic material and preparation method and application thereof

The invention belongs to the coating field, in particular to an emulsion containing micro nano hydrophobic materials, a preparation method and an application thereof. This lotion is a kind of multifunctional polymer, including hydrophobic particles, water and selective solvent water dispersion composite system, the components in the system are mixed according to weight percent are as follows: 0.1 ~ 50% hydrophobic particles, multifunctional polymer 0.2 ~ 40%, 0 ~ 50%, selective solvent water from 0 to 98%. The emulsions containing micro nano hydrophobic materials can be used for preparing superhydrophobic coatings. The coating formed has excellent super hydrophobic properties and good flexibility. The micro nano emulsion containing hydrophobic material can be dispersed and hydrophilic pigment dispersing hydrophobic dyes, hydrophobic coating preparation of various colors; with the environmental and cost advantages, wide sources of raw materials, has a strong practical and economic value, effectively solve the problem of the safety and cost of coating.

【技术实现步骤摘要】
一种包含微纳米疏水材料的乳液及其制备方法与应用
本专利技术属于涂层领域，具体涉及一种包含微纳米疏水材料的乳液及其制备方法与应用。
技术介绍
水滴在超疏水表面具有高于150°的接触角和低于10°的滚动角。超疏水性能依赖于低表面能化合物覆盖的具有微纳米粗糙度的表面结构。尽管超疏水材料在诸多领域显示出了很好的应用前景，由于制备过程的繁琐以及含氟低表面能组分及溶剂的高价格和毒性，目前仍很少见到这类功能材料的实际应用。在超双疏材料的制备方法中，涂层方法是一种经济高效、适用于不同基材并满足大规模工业化生产工艺要求的较为理想的一种方法。涂层制备工作中选用的基材可分为粗糙和平整两类基材。粗糙基材指像纺织品和纸张等由微米级纤维组成的材料，这些粗糙表面可直接通过低表面能修饰来实现超疏水或超疏油性能。然而，像金属、玻璃或聚合物这些平整的基材，则需要特定表面微纳米粗糙度的构筑进而实现超疏水性能。对平整表面刻蚀或将聚合物熔融纺丝等方法可用来构筑微纳米粗糙度表面，更简单易行的方法是对含有纳米粒子组份并可形成粗糙涂层的复合体系进行结构和组成设计，相关工作和体系可以实现一步法制备超疏水粗糙涂层。尽管用水分散体系制备超疏水材料似乎是矛盾的，已有研究表明溶剂分散体系和水分散的粒子体系都可在平整表面制备超疏水涂层。疏水粒子包括氟改性SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管等，这些疏水组份的分散常依赖于三氟甲苯，N,N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃等溶剂。虽然报道的水分散体系仍含有部分溶剂，但这些涂层体系可由水来稀释分散，有效降低了体系价格和危险性，在放大和工业化过程中具有实际意义。已报道的水分散体系均使用改性石墨烯片，亲水SiO2等可水分散粒子。值得注意的是，大量的疏水纳米材料有潜力可应用于水性体系制备超疏水材料，但是一些疏水材料很难进行亲水改性。前期工作中，我们在粗糙表面制备过超疏水涂层，并在平整表面制备过防污涂层。本工作报道基于乳液体系的全新设计。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术创新性的将疏水粒子引入到水分散体系中，得到一种包含微纳米疏水材料的乳液。该乳液是一种包括疏水粒子、多功能聚合物、水和选择性溶剂的水分散复合体系，具有环保和性价比优势，原料来源广泛，具有较强的实用和经济价值，有效解决了涂层的安全和性价比问题。本专利技术的另一目的在于提供上述包含微纳米疏水材料的乳液的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述包含微纳米疏水材料的乳液的应用。本专利技术所述的包含微纳米疏水材料的乳液可用于制备超疏水涂层。形成的涂层具有优良的超疏水性能，良好的柔韧性，并可借助于亲水或疏水染料制备成不同的颜色。此外涂层适用于金属、玻璃、木器等多种基材。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种包含微纳米疏水材料的乳液，该乳液是一种包括疏水粒子、多功能聚合物、水和选择性溶剂等组分的水分散复合体系，体系中各组分按如下的质量百分比例混合：优选的，所述包含微纳米疏水材料的乳液按质量百分比计包括如下组分：更优选的，所述包含微纳米疏水材料的乳液按质量百分比计包括如下组分：进一步地，所述的疏水粒子指具有微米或纳米尺度大小的疏水材料，包括疏水SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管、石墨烯、聚合物微球中的至少一种，或是改性的SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管、石墨烯、聚合物微球等疏水微纳米材料中的至少一种。所述的多功能聚合物由乙烯基单体聚合得到。本专利技术所述的多功能聚合物可参照文献：X.-M.Zhongetal.Preparationofrobustanti-smudgecoatingsviaelectrophoreticdeposition[J].ChemicalEngineeringJournal,2016,302:744-751.或X.Wuetal.SmoothWater-BasedAntismudgeCoatingsforVariousSubstrates.ACSSustainableChemistry&Engineering,2017,5,2605-2613.所公开的方法制得。所述乙烯基单体包括低表面能单体，可交联单体，水性单体，玻璃化温度和漆膜硬度调节单体中的一种或多种；所述的低表面能单体指含氟或含硅乙烯基化合物，所述的可交联单体指可与丙烯酸羧基在烘烤成膜过程中发生酯化反应、带有羟基的乙烯基化合物，所述的水性单体指带有亲水基团并可使聚合物具有水溶性的乙烯基化合物，所述的玻璃化温度和漆膜硬度调节单体指具有不同玻璃化温度的乙烯基化合物。更为重要的是，所述多功能聚合物同时具有亲水链段和疏水链段，可作为高分子表面活性剂分散疏水粒子和溶剂，形成稳定的水分散乳液体系。进一步地，所述的含氟或含硅乙烯基化合物包括全氟丁基丙烯酸酯、全氟己基丙烯酸酯、全氟辛基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯、甲基全氟丁基丙烯酸酯、甲基全氟己基丙烯酸酯、甲基全氟辛基丙烯酸酯、甲基全氟癸基丙烯酸酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、乙烯基烷基三氯硅烷、乙烯基烷基甲氧基硅烷、乙烯基烷基乙氧基硅烷、乙烯基烷基丙氧基硅烷、或乙烯基烷基聚硅氧烷(乙烯基硅油)中的一种或几种；所述的可交联单体指丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、或甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种；所述的带有亲水基团并能够使聚合物具有水溶性的乙烯基化合物指丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸聚醚、甲基丙烯酸聚醚中的一种或几种；所述的具有不同玻璃化温度的乙烯基化合物指丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸异冰片酯、苯乙烯中的一种或多种。所述的选择性溶剂指对疏水材料具有一定分散性的有机溶剂，可由多功能聚合物乳化形成稳定水分散体。进一步地，所述的选择性溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲基甲酰胺、二醇醚、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、丙二醇、苯、甲苯或二甲苯中的一种或多种。上述包含微纳米疏水材料的乳液的制备方法，包括以下步骤：按照比例，将疏水粒子0.1～50％、多功能聚合物0.2～40％、选择性溶剂0～50％、水0～98％加入反应容器，搅拌即可制成稳定的乳液(即所述包含微纳米疏水材料的乳液)，乳液可稳定数周。由于多功能聚合物的多功能性包括表面活性剂的作用，因此上述制备方法中不需另外添加表面活性剂，所述搅拌是指在200～500转/min搅拌20分钟以上，优选在300转/min搅拌半小时。上述包含微纳米疏水材料的乳液在制备超疏水涂层中的应用。上述包含微纳米疏水材料的乳液用于制备超疏水涂层的简单通用方法，包括以下步骤：(1)将所述包含微纳米疏水材料的乳液采用喷涂、浸涂、刮涂等传统涂层工艺对金属、玻璃、木器等多种平整基材进行涂覆；(2)对涂覆后的涂层进行温度30℃～160℃，时长1min～2h的培烘，从而交联成膜，即为所述超疏水涂层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)创新性的将疏水材料引入到水分散体系中制备超疏水涂层；涂层具有优良的超疏水自清洁性能，涂层还具有良好的柔韧性，基材变形后涂层仍不开裂或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述乳液按质量百分比计包括如下组分：

【技术特征摘要】
1.一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述乳液按质量百分比计包括如下组分：2.根据权利要求1所述的一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述乳液按质量百分比计包括如下组分：3.根据权利要求1所述的一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述乳液按质量百分比计包括如下组分：4.根据权利要求1所述的一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述的疏水粒子指具有微米或纳米尺度大小的疏水材料；包括疏水SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管、石墨烯和聚合物微球中的至少一种，或是改性的SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管、石墨烯和聚合物微球中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述的多功能聚合物由乙烯基单体聚合得到；所述乙烯基单体包括低表面能单体，可交联单体，水性单体，玻璃化温度和漆膜硬度调节单体中的一种或多种；所述的低表面能单体指含氟或含硅乙烯基化合物，所述的可交联单体指能够与丙烯酸羧基在烘烤成膜过程中发生酯化反应、带有羟基的乙烯基化合物，所述的水性单体指带有亲水基团并能够使聚合物具有水溶性的乙烯基化合物，所述的玻璃化温度和漆膜硬度调节单体指具有不同玻璃化温度的乙烯基化合物。6.根据权利要求5所述的一种包含微纳米疏水材料的乳液，其特征在于，所述的含氟或含硅乙烯基化合物包括全氟丁基丙烯酸酯、全氟己基丙烯酸酯、全氟辛基丙烯酸酯、全氟癸基丙烯酸酯、甲基全氟丁基丙烯酸酯、甲基全氟己基丙烯酸酯、甲基全氟辛基丙烯酸酯、甲基全氟癸基丙烯酸酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，王正平，刘敏换，郑成，毛桃嫣，肖创洪，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44