一种超疏水表面涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超疏水表面涂层及其制备方法，所述超疏水表面涂层由包含环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的超疏水溶液在基底材料上喷涂后得到的。本发明专利技术的超疏水表面涂层具有材料易得、自清洁、防覆冰等优点，制备工艺简单，便于大规模生产与应用，属于高分子涂层材料领域。

A superhydrophobic surface coating and its preparation method

The present invention relates to a superhydrophobic surface coating and a preparation method. The superhydrophobic surface coating is obtained by spraying a super hydrophobic solution containing epoxy resin, epoxy curing agent, epoxy solvent and carbon nanotube on the base material. The superhydrophobic surface coating of the invention has the advantages of easy material, self cleaning, anti icing and so on. The preparation process is simple and convenient for large-scale production and application. It belongs to the field of polymer coating material.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水表面涂层及其制备方法
本专利技术属于高分子涂层材料领域，具体涉及一种超疏水表面涂层及其制备方法。
技术介绍
近年来，在“生物仿生学”启发下，超疏水表面引起了大量研究者的兴趣。超疏水表面在自清洁、防雾、防覆冰、防污、防腐、减阻等领域等具有广泛的应用前景，是一种重要的表面防护技术。一般认为，水接触角θ<90°的材料表面亲水，θ>90°的材料表面疏水，而θ≥150°的材料表面定义为超疏水表面，因此，将超疏水技术应用于金属表面防护领域是一种重要的突破，具有广阔的发展前景。超疏水表面由微米、纳米级的粗糙表面结构构成，因而大多机械强度不高，在受到外力作用破坏时，其表面疏水性能下降，内部完整性遭到损伤，产生裂口等缺陷，防护能力随之降低。另外，从技术方法上,很多用于制备超疏水材料的方法仍然存在设备原材料昂贵、步骤繁杂、重复性差，如刻蚀法、转化膜法、模板法等目前常用超疏水表面或涂层制备技术只适合用于实验室研究，无法用于满足工业生产中大面积制备的需求。因此，提高涂层机械强度、采用一种经济和高效的方法制备大面积超疏水表面涂层，成为发展长效、耐久超疏水表面技术的关键。
技术实现思路
为达上述目的，本专利技术提出一种超疏水表面涂层及其制备方法，所述超疏水表面涂层具有材料易得、自清洁、防覆冰等优点，制备工艺简单，便于大规模生产与应用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种超疏水表面涂层，由包含环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的超疏水溶液在基底材料上喷涂后得到的；所述碳纳米管本身并不具有超疏水的性质，只有将其与所述环氧树脂和环氧固化剂充分分散均匀后，喷涂至基底材料上，得到的涂层表面会形成微纳结构，才具有超疏水性质，从而喷涂得到超疏水涂层。进一步地，所述微纳结构呈高低起伏不平状。进一步地，配制所述超疏水溶液时，环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的含量为：环氧树脂1-3份，环氧固化剂0.1-2份，环氧溶剂50-200份，碳纳米管0.5-2份。进一步地，所述碳纳米管直径为10～20nm，含量占所述超疏水表面涂层总质量的5-40％；该含量下制备得到的超疏水表面涂层的超疏水性能、机械性能和附着力均较好。所述碳纳米管的优选直径为15nm。进一步地，所述碳纳米管直径为10～20nm，含量占所述超疏水表面涂层总质量的5-30％。进一步地，所述碳纳米管直径为15nm，含量占所述超疏水表面涂层总质量的5-40％。进一步地，所述碳纳米管直径为15nm，含量占所述超疏水表面涂层总质量的5-30％。进一步地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。进一步地，所述双酚A型环氧树脂包括双酚A型二缩水甘油醚树脂、双酚A型E51树脂、双酚A型E44树脂、双酚A型Epon828树脂和双酚A双丙烯二丙烯酸酯中的任意一种或任意两种或两种以上。进一步地，所述环氧固化剂为聚醚胺D-230、聚酰胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和环己二胺中的任意一种或任意两种及两种以上。进一步地，所述环氧溶剂为丙酮。进一步地，所述超疏水表面涂层的疏水角度θ≥154°。进一步地，所述超疏水表面涂层在喷涂后的基地材料倾斜45°后，冰颗粒自动滑落，此为所述超疏水表面涂层的覆冰能力。进一步地，所述碳纳米管替换为碳纤维。一种超疏水表面涂层的制备方法，包括制备超疏水溶液步骤和喷涂超疏水溶液步骤。进一步地，所述制备超疏水溶液具体为：(1)量取原材料环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管；(2)将环氧树脂和碳纳米管混合后，加入环氧溶剂；然后，进行超声分散，期间每隔Δt时间补充环氧溶剂，直至所述环氧树脂和所述碳纳米管混合均匀，得到混合溶液；(3)将(1)中量取的环氧固化剂添加至(2)中得到的所述混合溶液中，搅拌至所述环氧固化剂均匀混合到所述混合均匀的混合液中，最终得到所述超疏水溶液。进一步地，(2)中在超声分散过程中，所述环氧溶剂会因溶液温度升高而挥发，故在超声分散时需要补充环氧溶剂，防止因所述环氧溶剂挥发造成所述碳纳米管无法均匀分散。进一步地，(2)中采用超声细胞破碎仪对所述混合溶液进行超声分散。进一步地，(2)中补充所述环氧溶剂前需暂停超声，补充所述环氧溶剂后，每超声分散1-5s，停顿1-5s，以便控制超声所产生的热量，从而减少溶剂的挥发。进一步地，(1)中量取的原材料按重量配比计，所述环氧树脂为1-3份；环氧固化剂为0.1-2份；所述环氧溶剂为50-200份；所述碳纳米管为0.5-2份；。进一步地，(2)中补充的所述环氧溶剂的重量配比为10-20份；所述超声分散的时间为30-120min；所述Δt时间为10-15min。进一步地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。进一步地，所述双酚A型环氧树脂包括双酚A型二缩水甘油醚树脂、双酚A型E51树脂、双酚A型E44树脂、双酚A型Epon828树脂和双酚A双丙烯二丙烯酸酯中的任意一种或任意两种或两种以上。进一步地，所述环氧固化剂为聚醚胺D-230、聚酰胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和环己二胺中的任意一种或任意两种及两种以上。进一步地，所述环氧溶剂为丙酮。进一步地，所述喷涂超疏水溶液步骤具体内容为：用喷枪将所述超疏水溶液均匀喷涂于基底材料上，然后在一定温度下固化，得到所述超疏水表面涂层。进一步地，所述固化时的温度为50-70℃；固化时间为24-72h。进一步地，所述喷枪为0.3-1Mpa喷枪。进一步地，所述基底材料的成分为纯金属或金属合金。进一步地，所述金属合金为碳钢、镀锌钢或铝合金。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的一种超疏水表面涂层的制备方法与刻蚀法、转化膜法、模板法等超疏水表面制备方法相比，本专利技术可用于大面积制备，并且制备效率得以提高。(2)本专利技术的超疏水表面涂层具有良好的自清洁、防覆冰能力以及优异的导电性。(3)本专利技术采用环氧树脂做为涂层树脂材料，并以碳纳米管做为填料，得到的涂层表面会形成微纳结构，使涂层表面具有超疏水的性质，且所得超疏水表面涂层具有优异的机械性能和附着力。(4)本专利技术中碳纳米管填料在涂料干燥时形成团聚，固化后形成超疏水表面所需的微观突起结构，同时，团聚缠绕的碳纳米管也可增强表面微观结构及疏水性的机械稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1中的涂层制备方法示意图。图2A为本专利技术实施例1中碳纳米管的质量分数为5％的涂层的扫描电镜图。图2B为本专利技术实施例1中碳纳米管的质量分数为10％的涂层的扫描电镜图。图2C为本专利技术实施例1中碳纳米管的质量分数为20％的涂层的扫描电镜图。图2D为本专利技术实施例1中碳纳米管的质量分数为30％的涂层的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例1中碳纳米管的质量分数为5％、10％、20％和30％的涂层的水接触角测试结果示意图。图4A为本专利技术实施例1中胶带测试100次过程中涂层表面水接触角的变化示意图。图4B为本专利技术实施例1中胶带测试100次后涂层表面形貌的扫描电镜图片。图5为本专利技术实施例1中涂层表面防覆冰性能测试实验示意图。图6A为本专利技术实施例1中含质量分数为5％的碳纳米管的涂层防覆冰描性能测试结果图示。图6B为本专利技术实施例1中含质量分数为10％的碳纳米管的涂层防覆冰描性能测试结果图示。图6C为本专利技术实施例1中含质量分数为20％的碳纳米管的涂层防覆冰描性能测试结果图示。图6D为本专利技术实施例1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述超疏水表面涂层由包含环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的超疏水溶液在基底材料上喷涂后得到。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述超疏水表面涂层由包含环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的超疏水溶液在基底材料上喷涂后得到。2.根据权利要求1所述的一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述超疏水溶液中，包括按重量配比计，环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管的含量分别为：环氧树脂1-3份，环氧固化剂0.1-2份，环氧溶剂50-200份，碳纳米管0.5-2份。3.根据权利要求1一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述碳纳米管含量占所述超疏水表面涂层总质量的5-40％。4.根据权利要求1一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。5.根据权利要求1一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述环氧固化剂为聚醚胺D-230、聚酰胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺和环己二胺中的任意一种或任意两种及两种以上。6.根据权利要求1-5中任一项一种超疏水表面涂层，其特征在于，所述环氧溶剂为丙酮。7.一种超疏水表面涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括制备超疏水溶液步骤和喷涂超疏水溶液步骤；所述制备超疏水溶液具体为：(1)量取原材料环氧树脂、环氧固化剂、环氧溶剂和碳纳米管；(2)将环氧树脂和碳纳米管混合后，加入环氧溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达威，张帆，李君，程学群，李晓刚，钱鸿昌，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11