一种耐久型超疏水涂层及其制备方法技术

一种耐久型超疏水涂层及其制备方法，制备步骤为杂化涂料制备：低速机械搅拌条件下，在挥发性有机溶剂中先后加入疏水性微纳颗粒、疏水性树脂和固化剂，随后高速搅拌，再超声分散，获得杂化涂料；半固化涂层：将杂化涂料涂覆于基材表面并半固化；完全固化：将半固化涂层浸泡于固化剂与挥发性有机溶剂混合浸泡液中，取出后干燥可得具有良好耐磨性的耐久型超疏水涂层。本发明专利技术所述制备方法对基底材料和其形状没有特殊要求，适用于金属、玻璃、木材、混凝土等各种常见基材表面，设备简单、易操作，成本低廉，可大面积施工，在自清洁、防腐防霉、防冰防霜和油水分离等超疏水领域有巨大的应用价值。

Durable superhydrophobic coating and its preparation method

A durable type of super hydrophobic coating and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: preparation of Hybrid Coatings under mechanical stirring speed, has joined the hydrophobic micro nano particles, hydrophobic resin and curing agent in a volatile organic solvent, followed by high speed stirring, then ultrasonic dispersion, obtain hybrid coating; semi cured coating: hybrid coating coated on the substrate surface and semi curing; fully cured: the semi cured coating soaked in curing agent and volatile organic solvent mixed soaking liquid, remove after drying had durable good wear resistance of super hydrophobic coating. The preparation method of the invention of the base material and the shape has no special requirements for metal, glass, wood, concrete and other common substrate surface, simple equipment, easy operation, low cost, large area construction, in self cleaning, anti mildew, anti ice cream and oil-water separation of super hydrophobic domain have great application value.

【技术实现步骤摘要】
一种耐久型超疏水涂层及其制备方法
本专利技术属于涂料的制备和应用
，具体涉及一种耐久型超疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
超疏水表面指与水滴的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面。自“荷叶效应”发现以来，超疏水表面在自清洁、防腐防霉、防冰防霜和油水分离等领域具有广泛应用。传统的超疏水表面制备方法，主要是通过仿生手段在基材表面构建微纳米粗糙结构，并用低表面能物质修饰，或者直接在低表面能材料表面构建粗糙结构。这些方法对基底材料要求较高，工艺设备较为复杂，实现规模化生产较为困难。故而，若化繁为简，制备含有微纳颗粒的超疏水涂层，将其涂覆于所需基底表面上，则对基材本身无过多要求，容易实现，且易于规模化生产。随着对超疏水涂层的深入研究，发现超疏水性和耐磨性在一定程度上互相矛盾。具有良好超疏水性能的涂层一般树脂含量少，颗粒含量多，在外力作用下，颗粒容易脱落，涂层耐磨性差。而若增加树脂含量，颗粒则易被树脂覆盖，涂层粗糙度下降，超疏水性能变差。因此，如何解决这一矛盾，保证涂层超疏水性能的同时提高其耐磨性成为研究热点。近年来，提出的主要方法包括增强涂层与基底间结合力，防止颗粒在机械作用力下部分或完全脱落从而降低表面粗糙度，这种方法对耐磨性的提高有限，若要达到良好效果，通常需要在涂层和基底之间另外加上一层底漆，这又使工艺变得复杂，且用料价格昂贵。基于此，本专利技术提出了一种新的制备耐久型超疏水涂层的方法，有效解决了超疏水性与耐磨性互相矛盾这一技术难题。该方法不需另外配备底漆，设备工艺简单、易操作，适合大规模制备生产，所得的涂层耐磨性良好，超疏水特性不易被破坏，适用于各种常见基底材料，可广泛应用于超疏水领域。
技术实现思路
解决的技术问题：为解决超疏水表面不耐磨这一技术难题，本专利技术提供一种耐久型超疏水涂层及其制备方法。本专利技术设备工艺简单、易操作，适合大规模制备生产。技术方案：一种耐久型超疏水涂层的制备方法，制备步骤为：杂化涂料制备：100-500rpm低速机械搅拌条件下，在挥发性有机溶剂中先后加入疏水性微纳颗粒、疏水性树脂和固化剂，随后1000-2000rpm高速搅拌5-15min，再超声分散5-10min，获得杂化涂料；半固化涂层：将杂化涂料涂覆于基材表面并半固化；完全固化：将半固化涂层浸泡于固化剂与挥发性有机溶剂混合浸泡液中5-60min，取出后干燥可得具有良好耐磨性的耐久型超疏水涂层。优选的，上述疏水性微纳颗粒为粒径10nm-50μm的疏水性二氧化硅、金刚砂、二氧化钛、碳纳米管、炭黑或石墨中的至少一种，所述疏水性树脂为能室温固化的氟碳树脂或有机硅树脂，固化剂为异氰酸酯。优选的，上述杂化涂料中各成分质量配比为：挥发性有机溶剂10-25份，疏水性微纳颗粒0.6-2.2份，疏水性树脂3-7.5份，固化剂不超过1份，疏水性微纳颗粒与疏水性树脂的质量比为(2-3):10，固化剂用量为完全固化时用量的30-80wt.%。优选的，上述半固化是指涂层涂覆后室温放置8-20h，未完全固化；所述的完全固化时用到的固化剂和挥发性有机溶剂混合浸泡溶液，与杂化涂料中用到的固化剂和挥发性有机溶剂种类相同，包含不超过1质量份的固化剂和20质量份的挥发性有机溶剂。优选的，上述涂覆方式为刷涂、喷涂、辊涂或浸涂。优选的，上述基材为金属、玻璃、木材或混凝土。优选的，上述挥发性有机溶剂为酮类、醇类或酯类中的至少一种。上述方法制得的耐久型超疏水涂层。有益效果：（1）将疏水性微纳颗粒首先分散于挥发性有机溶剂中，有利于提高随后颗粒在树脂中分散的均匀性，有效避免了颗粒团聚的发生。（2）疏水性微纳颗粒与疏水性树脂的质量比控制在(2-3):10范围内，一方面保证了足够的颗粒数目，颗粒不会完全被树脂覆盖，另一方面，树脂含量多，对颗粒粘接性好，且与基底间结合力好。（3）对杂化涂料进行半固化处理，促使颗粒与树脂粘接，但因未完全固化，颗粒与树脂间粘接不过分紧密，有利于后续浸泡过程中颗粒的裸露，从而达到理想的粗糙结构。（4）使用浸泡这一简单工艺，一方面促使树脂发生溶解，表层颗粒不断裸露，粗糙度提高，超疏水性更好；另一方面促进固化，提高颗粒与树脂间粘接程度，去除表层粘接不牢固的颗粒，增强涂层透明性，全面提高涂层耐磨性。（5）本专利技术所述制备方法对基底材料和其形状没有特殊要求，适用于金属、玻璃、木材、混凝土等各种常见基材表面，设备简单、易操作，成本低廉，可大面积施工，在自清洁、防腐防霉、防冰防霜和油水分离等超疏水领域有巨大的应用价值。附图说明图1.未经浸泡处理的涂层的水滴接触角光学照片。图2.未经浸泡处理的涂层的扫描电子显微镜照片。图3.浸泡后获得的超疏水涂层的水滴接触角光学照片。图4.浸泡后获得的超疏水涂层的扫描电子显微镜照片。图5.浸泡后获得的超疏水涂层经砂纸打磨80个周期后表面的扫描电子显微镜照片。具体实施方式以下实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。实施例1在400rpm低速搅拌条件下，向10份乙酸丁酯溶液中先后加入0.6份疏水性微纳米二氧化钛颗粒、3份FEVE树脂和0.7份六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化剂，1500rpm高速搅拌10min，再超声分散5min，将所得涂料刷涂于玻璃片表面，室温固化24h，其水接触角为146.5°，滚动角为23.1°。图1为所得涂层的水滴接触角光学照片，图2为该涂层的扫描电子显微镜照片。实施例2在500rpm低速搅拌条件下，向20份乙酸丁酯溶液中先后加入1.5份疏水性微纳米气相二氧化硅颗粒、6份FEVE树脂和1份六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化剂，1500rpm高速搅拌15min，再超声分散10min，将所得涂料刷涂于玻璃片表面，得到若干试样。取出一部分试样不经浸泡，直接室温干燥24h完全固化。取剩余试样室温干燥16h，达半固化状态。将1份六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化剂加入到20份乙酸丁酯溶液中，超声分散10min使混合均匀，配制成浸泡液。让半固化涂层浸没于该浸泡液中30min，取出后室温干燥24h完全固化。未经浸泡处理的涂层的水接触角为147.4°，滚动角为15.0°；经浸泡处理的涂层的水接触角为157.6°，滚动角为1.0°。图3为经浸泡处理的涂层的水滴接触角光学照片，图4为其扫描电子显微镜照片。实施例3在500rpm低速搅拌条件下，向15份乙酸丁酯溶液中先后加入1份疏水性碳纳米管颗粒、4份FEVE树脂和0.8份六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化剂，1800rpm高速搅拌10min，再超声分散10min，将所得涂料刷涂于玻璃片表面，室温干燥20h使其半固化。将0.5份六亚甲基二异氰酸酯三聚体固化剂加入到20份乙酸丁酯溶液中，超声分散15min使混合均匀，配制成浸泡液。让半固化涂层浸没于该浸泡液中60min，取出后室温干燥24h完全固化，所得涂层的水接触角为159.4°，滚动角为1.0°。实施例4在500rpm低速搅拌条件下，向25份丙酮溶液中先后加入2.2份疏水性微纳米链式二氧化硅颗粒和7.5份41082型氟碳树脂，1500rpm高速搅拌15min，再超声分散5min，将所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐久型超疏水涂层的制备方法，其特征在于制备步骤为：(1)杂化涂料制备：100‑500rpm低速机械搅拌条件下，在挥发性有机溶剂中先后加入疏水性微纳颗粒、疏水性树脂和固化剂，随后1000‑2000rpm高速搅拌5‑15min，再超声分散5‑10min，获得杂化涂料；(2)半固化涂层：将杂化涂料涂覆于基材表面并半固化；(3)完全固化：将半固化涂层浸泡于固化剂与挥发性有机溶剂混合浸泡液中5‑60min，取出后干燥可得具有良好耐磨性的耐久型超疏水涂层。

【技术特征摘要】
1.一种耐久型超疏水涂层的制备方法，其特征在于制备步骤为：(1)杂化涂料制备：100-500rpm低速机械搅拌条件下，在挥发性有机溶剂中先后加入疏水性微纳颗粒、疏水性树脂和固化剂，随后1000-2000rpm高速搅拌5-15min，再超声分散5-10min，获得杂化涂料；(2)半固化涂层：将杂化涂料涂覆于基材表面并半固化；(3)完全固化：将半固化涂层浸泡于固化剂与挥发性有机溶剂混合浸泡液中5-60min，取出后干燥可得具有良好耐磨性的耐久型超疏水涂层。2.根据权利要求1所述耐久型超疏水涂层的制备方法，其特征在于所述疏水性微纳颗粒为粒径10nm-50μm的疏水性二氧化硅、金刚砂、二氧化钛、碳纳米管、炭黑或石墨中的至少一种，所述疏水性树脂为能室温固化的氟碳树脂或有机硅树脂，固化剂为异氰酸酯。3.根据权利要求1所述耐久型超疏水涂层的制备方法，其特征在于所述杂化涂料中各成分质量配比为：挥发性有机溶剂10-25份...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友法，张丽清，肖振，余新泉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32