一种高机械耐久性的环保超疏水涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高机械耐久性环保超疏水涂层的制备方法，属于涂层的制备技术领域。该制备方法包括以下步骤：首先以过滤提纯后的废弃食用油为原料，经过氨基分解反应合成废弃食用油脂肪酰胺，再以废弃食用油脂肪酰胺和甲苯二异氰酸酯为原料，采用一步法制备得到聚氨酯预聚体，然后通过双端型氨烃基硅油对聚氨酯预聚体进行封端，得到了改性聚氨酯，最后将有机硅改性聚氨酯与疏水处理过的碳化硅颗粒混合，经过磁力搅拌后喷涂到底材上，干燥固化后，即得。通过本发明专利技术方法制备得到的涂层成本低廉且环保，具有良好的导热、耐磨和自清洁性能，可以解决与矿用空冷器翅片有关的粉尘污染问题，保证空冷器在使用过程中的换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高机械耐久性的环保超疏水涂层的制备方法
本专利技术涉及涂层的制备
，具体涉及一种环保超疏水涂层的制备方法。
技术介绍
由于长期开采，浅埋煤层已经枯竭，大部分煤矿不得不开采深埋煤层。随着开采深度的增加，围岩温度也随之上升，导致采矿作业中热害的风险不断增加。对于高温矿井，一般情况下只靠矿井通风不能解决高温热害问题。为了保证员工的正常工作，多数情况下必须建造相应的冷却系统。伴随着技术的革新，空冷器降温技术已经广泛的应用于采煤行业，成为降低矿井高温的主要手段之一。矿用空冷器一般布置在井下采掘工作面或工作面的进风巷道中,而井下空气受污染比较严重,煤尘较多,高温高湿,且空间狭窄。矿井恶劣的工作环境使翅片表面十分容易积尘，严重影响空冷器的换热效果。超疏水表面因其在自清洁、防结冰和防腐蚀领域的潜在应用，引起了学术界和工业界的极大兴趣。大多数现代涂料经过合成，可以提供疏水/超疏水表面。制造疏水涂层有两个必不可少的要求：一个是低表面能材料，另一个是微纳米分层结构。超疏水涂层由于低表面能组分与基材之间的粘附力比较差，微纳米结构非常脆弱，当表面到冲击，摩擦等机械作用很容易损坏而失去超疏水性能，没有高机械性能的超疏水涂层在实际应用中很难发挥作用。目前，现有技术有关超疏水涂料/层的制备主要有：CN108505319A公开了一种环保型超疏水材料及其制备方法和应用，其主要利用纳米材料对基底材料的整体三维结构进行修饰，从而提高基底材料整体三维结构的粗糙度，制备疏水性能优良的超疏水材料，主要研究方法为：将三氯化铁、尿素、十二烷基磺酸钠溶解于去离子水中，得混合液，然后将混合液和基底材料加入到特氟隆衬里的高压釜中进行水热反应，自然冷却至室温，用去离子水冲洗、干燥，得环保型超疏水材料；CN109207023A公开了一种航空材料表面环保疏水涂层的可控制备方法，，该制备方法包括以下步骤：将环氧树脂用丙酮溶解后喷涂在处理过的航空材料基材上，得到粘接层，然后将硬脂酸锌粉体与环氧树脂用机械搅拌混合均匀后加入固化剂，再加入适量的丙酮混合均匀后喷涂在粘接层上，将所得涂层样品在室温条件下干燥，然后将其在乙酸溶液中刻蚀，清洗干燥后在硬脂酸的无水乙醇溶液修饰，干燥即得疏水涂层；CN107880770A公开了一种环保多功能超疏水涂层的制备方法，其制备方法主要包括纳米二氧化钛粉体的制备、异氰酸十八酯改性的纳米二氧化钛粉体的制备、硅树脂与改性的纳米二氧化钛粉体混合涂层的制备、将所得的疏水涂料涂覆在基底上，即得超疏水涂层。上述现有技术中的超疏水涂层都具备超疏水性，然而，其机械耐久性能无法满足要求，随着化石资源的枯竭，加上人们环保意识的提高，使用更可持续和环保的原材料来制造生物基聚合物正在受到越来越多的关注。综上所述，有必要研发一种具有高机械耐久性的环保超疏水涂层。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中超疏水涂层存在的机械性能差这一主要技术问题，本专利技术提出了一种高机械耐久性的环保超疏水涂层的制备方法，通过该方法制备得到的涂层其机械耐久性能优良。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种环保超疏水涂层的制备方法，依次包括以下步骤：a制备废弃食用油脂肪酰胺，以过滤提纯后的废弃食用油为原料，经过氨基分解反应合成废弃食用油脂肪酰胺；b制备聚氨酯预聚体，在室温条件下，将废弃食用油脂肪酰胺溶解于丙酮中，得到50wt％的废弃食用油脂肪酰胺溶液，将废弃食用油脂肪酰胺溶液加入到甲苯二异氰酸酯中，使用二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在一定温度下搅拌，达到可倾倒粘度即可得到聚氨酯预聚体；c制备改性聚氨酯，通过双端型氨烃基硅油对聚氨酯预聚体进行封端，制得改性聚氨酯；d制备环保超疏水涂层，将碳化硅颗粒通过疏水处理得疏水碳化硅粉末，然后将所述的改性聚氨酯与所述的疏水碳化硅粉末混合，经过磁力搅拌后喷涂到底材上，干燥固化后即得；步骤d中，疏水处理步骤为：通过超声处理将碳化硅颗粒分散在乙醇溶液中，然后加入双端型氨烃基硅油，在一定温度下磁力搅拌，得到改性纳米碳化硅溶液，经过离心洗涤干燥后，即得疏水碳化硅粉末；所述的疏水碳化硅粉末与所述的改性聚氨酯的质量比为2～10:1。作为本专利技术的一个优选方案，步骤a中，废弃食用油脂肪酰胺的制备步骤为：首先将甲醇钠和二乙醇胺置于反应瓶中，打开加热开关和磁力搅拌装置，在80℃下加热搅拌20分钟，然后在60分钟内逐滴加入提纯后的废弃食用油，将提纯后的废弃食用油完全加入后，将反应温度升至120℃并在该温度下继续搅拌反应3小时，即得，所述甲醇钠、二乙醇胺和废弃食用油的摩尔比为1:45:15。作为本专利技术的另一个优选方案，步骤b中，废弃食用油脂肪酰胺和甲苯二异氰酸酯的摩尔比1:1.2，在70℃下搅拌2h即达到可倾倒粘度。进一步的，步骤c中，将双端型氨烃基硅油逐滴加入到聚氨酯预聚体中，采用丙酮调节体系粘度，在55℃下继续搅拌反应3小时，即得改性聚氨酯；所述的聚氨酯预聚体和双端型氨烃基硅油的摩尔比为1:2。进一步的，所述的疏水处理步骤中，将碳化硅颗粒通过超声处理分散在乙醇溶液中，持续30min，然后加入双端型氨烃基硅油，在70℃下磁力搅拌4h。进一步的，所述的双端型氨烃基硅油是由羟基聚二甲基硅氧烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷合成的。进一步的，步骤d中，所述的碳化硅颗粒的粒径为30～100nm，颗粒形状为球型。进一步的，所述碳化硅颗粒、乙醇溶液和双端型氨烃基硅油的质量比依次为2:3:10，干燥温度为130℃。进一步的，所述的底材为玻璃、铜、铝或铁。下面对本专利技术的反应机理做简要说明，下面为改性聚氨酯的反应方程式：与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：在原料的选取方面，以废弃食用油作为原料，既处理了废物又降低其对环境的污染，价格低廉且环保；从制备方法方面，采用双端型氨烃基硅油对聚氨酯预聚体进行封端，提高了聚氨酯的交联能力，进而增强了涂层与底材的结合能力；采用物理性能优异的碳化硅颗粒做为填充物来提高涂层的机械耐久性，为了避免团聚现象对碳化硅颗粒进行疏水处理，经过疏水处理后的纳米碳化硅具有良好的分散性，能够均匀地分布在改性聚氨酯中，营造了粗糙的微纳米表面，使涂层的疏水性能进一步提高，采用易挥发的丙酮作为溶剂，涂层形成后基本无残留；本专利技术制备得到的环保超疏水涂层具有良好的机械性能，砂纸磨损实验后通过DSA100接触角分析仪进行接触角测试，测得该涂层对水滴的接触角均在150°以上。需要特别说明的是，本申请通过对碳化硅颗粒进行疏水处理，其显著提高了涂层的疏水性能，具体结果参见对比例1。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术环保超疏水涂层的制备工艺流程图；图2为废弃食用油脂肪酰胺的红外谱图；图3为聚氨酯预聚体的红外谱图；图4为改性聚氨酯的红外谱图；图5为实施例1制备得到的超疏水涂层的扫描电镜照片；图6为本专利技术实施例其接触角与磨损次数的关系图。具体实施方式本专利技术提出了一种高机械耐久性的环保超疏水涂层的制备方法，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做详细说明。本专利技术所选取原料均可通过商业渠道购买获得。本专利技术高机械耐久性的环保超疏水涂层的制备方法，如图1所示，首先采用提纯后的废弃食用油制备得到聚氨酯预聚体，然后采用双端型氨烃基硅油对聚氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保超疏水涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a制备废弃食用油脂肪酰胺，以过滤提纯后的废弃食用油为原料，经过氨基分解反应合成废弃食用油脂肪酰胺；b制备聚氨酯预聚体，在室温条件下，将废弃食用油脂肪酰胺溶解于丙酮中，得到50wt％的废弃食用油脂肪酰胺溶液，将废弃食用油脂肪酰胺溶液加入到甲苯二异氰酸酯中，使用二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在一定温度下搅拌，达到可倾倒粘度即可得到聚氨酯预聚体；c制备改性聚氨酯，通过双端型氨烃基硅油对聚氨酯预聚体进行封端，制得改性聚氨酯；d制备环保超疏水涂层，将碳化硅颗粒通过疏水处理得疏水碳化硅粉末，然后将所述的改性聚氨酯与所述的疏水碳化硅粉末混合，经过磁力搅拌后喷涂到底材上，干燥固化后，即得；所述的步骤d中，疏水处理步骤为：通过超声处理将碳化硅颗粒分散在乙醇溶液中，然后加入双端型氨烃基硅油，在一定温度下磁力搅拌，得到改性纳米碳化硅溶液，经过离心洗涤干燥后，即得疏水碳化硅粉末；所述的疏水碳化硅粉末与所述的改性聚氨酯的质量比为2～10:1。

【技术特征摘要】
1.一种环保超疏水涂层的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a制备废弃食用油脂肪酰胺，以过滤提纯后的废弃食用油为原料，经过氨基分解反应合成废弃食用油脂肪酰胺；b制备聚氨酯预聚体，在室温条件下，将废弃食用油脂肪酰胺溶解于丙酮中，得到50wt％的废弃食用油脂肪酰胺溶液，将废弃食用油脂肪酰胺溶液加入到甲苯二异氰酸酯中，使用二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在一定温度下搅拌，达到可倾倒粘度即可得到聚氨酯预聚体；c制备改性聚氨酯，通过双端型氨烃基硅油对聚氨酯预聚体进行封端，制得改性聚氨酯；d制备环保超疏水涂层，将碳化硅颗粒通过疏水处理得疏水碳化硅粉末，然后将所述的改性聚氨酯与所述的疏水碳化硅粉末混合，经过磁力搅拌后喷涂到底材上，干燥固化后，即得；所述的步骤d中，疏水处理步骤为：通过超声处理将碳化硅颗粒分散在乙醇溶液中，然后加入双端型氨烃基硅油，在一定温度下磁力搅拌，得到改性纳米碳化硅溶液，经过离心洗涤干燥后，即得疏水碳化硅粉末；所述的疏水碳化硅粉末与所述的改性聚氨酯的质量比为2～10:1。2.根据权利要求1所述的一种环保超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤a中，废弃食用油脂肪酰胺的制备步骤为：首先将甲醇钠和二乙醇胺置于反应瓶中，打开加热开关和磁力搅拌装置，在80℃下加热搅拌20分钟，然后在60分钟内逐滴加入提纯后的废弃食用油，将提纯后的废弃食用油完全加入后，将反应温度升至120℃并在该温度下继续搅拌反应3小...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗徳俊，程英模，蒋家琛，孔令晓，徐毓名，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37