一种水溶性透明超疏水涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种水溶性透明超疏水涂料及其制备方法和应用，本发明专利技术的制备方法，首先采用无皂乳液聚合法制备出聚(疏水性单体‑无规‑亲水性单体)(P(A‑r‑B))微球，然后将含氟物质与均匀分散的P(A‑r‑B)微球反应制备氟化微球，最后氟化微球经水溶液透析得到氟化微球的水性超疏水涂料；本发明专利技术的应用方法，将表面处理过的基材浸泡于氟化微球悬浮液中，经纯度为99.5％的四氢呋喃洗涤后烘干得到透明超疏水涂层。本发明专利技术制备出的涂料具有水溶性超疏水的性能，制备工艺简单，浸泡技术简便，节能环保，适用于棉布、纸张、秸秆、木塑、石材、玻璃等基材表面。

A Water-soluble Transparent Super-hydrophobic Coating and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性透明超疏水涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于超疏水
，具体涉及一种水溶性透明超疏水涂料，还涉及上述水溶性透明超疏水涂料的制备方法和应用。
技术介绍
超疏水材料是一种新型材料，我们定义超疏水材料表面水静态接触角要大于150°，滚动角小于10°。超疏水材料不仅可以自行清洁需要干净的地方，而且还可以放在金属表面防止水的腐蚀生锈。超疏水材料有很大的发展前景，若将超疏水膜应用于船的表面则可以减小阻力节省能源。目前，超疏水表面常用的制备方法有刻蚀法、沉积法、模版法、自由基聚合法和层-层自组装法等。刻蚀法、沉积法及模版法所需实验条件苛刻，设备要求高，生产成本高，层-层自组装法构筑超疏水表面工艺复杂，自由基聚合法合成的聚合物所构筑的超疏水表面透光率低，还会用到许多的有机溶剂，这些有机溶剂易挥发、易燃并且对人体有害，对环境也有着很大的污染。如公开号为CN104987520A的中国专利申请提出了一种将无机纳米粒子溶于有机溶剂中构筑超疏水纳米透明涂层的方法，但纳米颗粒在使用过程中容易团聚，造成涂层表面分布不均匀，且使用有机溶剂，对环境污染较大。申请号为201710735820.9的中国专利申请提出了一种利用超快激光制备超疏水高透明性玻璃的方法，这种方法设备要求高，生产成本较高，工艺复杂，不利于大规模工业生产。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种水溶性透明超疏水涂料，水溶性透明超疏水涂料具有超疏水的特点。本专利技术的第二目的在于提供一种水溶性透明超疏水涂料的制备方法，以水为溶剂同时采用无皂乳液聚合方式，减少了有机溶剂的使用。本专利技术的第三目的在于提供一种水溶性透明超疏水涂料的应用方法，采用浸泡技术构筑超疏水表面，降低了工艺难度。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种水溶性透明超疏水涂料由结构式为P(A-r-B)的聚合物与含氟物质反应生成，P(A-r-B)由疏水性单体A和亲水性单体B在引发剂作用下生成；疏水性单体A为：苯乙烯；亲水性单体B为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯基缩水甘油醚、1,2-环氧基-5-己烯、4-硝基苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的任意一种；引发剂为：过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的任意一种；含氟物质为：三氟乙酸、甲基丙烯酸三氟乙酯、全氟己基乙烯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟癸基乙基甲基丙烯酸酯、全氟庚基乙基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙基甲基丙烯酸酯中的任意一种。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种水溶性透明超疏水涂料的制备方法，具体按照如下步骤实施：步骤1，首先将疏水性单体A和亲水性单体B加入蒸馏水中并用超声分散均匀，然后通氮除氧30min～60min后加入引发剂水溶液得到溶液C，最后60～80℃水浴加热1h后即得P(A-r-B)微球悬浮液，其中，溶液C中的溶剂为上述蒸馏水及引发剂水溶液中的蒸馏水；步骤2，首先用质量百分比为75％的乙醇将步骤1得到的P(A-r-B)微球悬浮液破乳，然后进行离心-清洗的动作，最后烘干，研磨即得P(A-r-B)微球；步骤3，首先将步骤2得到的P(A-r-B)微球用超声均匀分散于蒸馏水中并加入含氟物质，然后水浴加热后装入透析袋中透析，即得水溶性透明超疏水涂料。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，步骤1中疏水性单体A与步骤1中溶液C中溶剂的质量比为0.01～0.05:1；所述亲水性单体B与步骤1中溶液C中溶剂的质量比为0.01～0.05:1；所述引发剂与疏水性单体A的的摩尔比为0.01～0.05:1。步骤2中的离心-清洗的动作重复5～7次，清洗时的清洗剂是体积分数为75％的乙醇。步骤3中含氟物质与亲水性单体B的摩尔比为0.5～0.8：1，氟化微球与步骤3中蒸馏水的质量比为0.01～0.05:1。步骤3中的水浴加热具体为：60℃水浴加热3h；步骤3中透析袋为分子截流量为3500的透析袋，透析时长为7天。本专利技术所采用的第三种技术方案是，一种水溶性透明超疏水涂料的应用方法，水溶性透明超疏水涂料在基材表面形成涂层，具体按照如下步骤实施：步骤1，基材表面处理，首先将基材放入无水乙醇中超声10min后用去离子水冲洗2～3遍；然后将清洗过的基材放入丙酮中超声10min后用N2将基材表面的丙酮吹干；最后将丙酮处理过的基材放入H2SO4和H2O2的混合溶液中后进行90℃水浴加热2h，再利用N2吹干基材表面，其中，H2SO4质量百分比为98％，H2O2质量百分比为30％；步骤2，透明超疏水涂层的构筑，先将步骤1表面处理后的基材浸泡于水溶性透明超疏水涂料中，后经纯度为99.5％的四氢呋喃洗涤后烘干。本专利技术第三种技术方案的特点还在于，基材为棉布、纸张、秸秆、木塑、石材、玻璃中的任意一种。步骤1中的H2SO4与H2O2的体积比为7:3。步骤2中的浸泡时间为1h～3h，烘干时间为1h～3h，烘干温度为80℃。本专利技术第一种技术方案的有益效果是，水溶性透明超疏水涂料具有透光性、超疏水性。本专利技术第二种技术方案的有益效果是，使用本制备方法制备的水溶性透明超疏水涂料以水为溶剂，减少有机溶剂的使用，这些有机溶剂易挥发、易燃并且对人体有害，对环境也有着很大的污染，因此不仅保护了环境，而且还避免对操作者的伤害，同时以水为溶剂也降低了成本。本专利技术第三种技术方案的有益效果是，本专利技术的水溶性透明超疏水涂料因其透光性好且环保，可广泛应用于玻璃、棉布、纸张、木塑复合材料等基材表面，扩大了基材的应用范围；涂料的应用方法采用浸泡技术，节能环保，制备过程简单、成本低；本专利技术使用水溶性透明超疏水涂料所构筑的木塑表面超疏水涂层的水接触角为162±4°，在波长为400nm～800nm的可见光范围内透光率为82％，具有良好的层透光性，水滴在木塑基材表面1h后的接触角为153±2.7°，具有良好的水溶性及超疏水特性。附图说明图1为本专利技术一种水溶性透明超疏水涂料在纸张表面构筑涂层的水接触角图；图2为本专利技术一种水溶性透明超疏水涂料在木塑表面构筑涂层的水接触角图；图3为本专利技术一种水溶性透明超疏水涂料在棉布表面构筑涂层的水接触角图；图4为本专利技术一种水溶性透明超疏水涂料在木塑表面构筑涂层的水接触角图；图5为本专利技术一种水溶性透明超疏水涂料在木塑表面构筑涂层的水接触角图。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种水溶性透明超疏水涂料由结构式为P(A-r-B)的聚合物与含氟物质反应生成，P(A-r-B)由疏水性单体A和亲水性单体B在引发剂作用下生成；疏水性单体A为：苯乙烯；亲水性单体B为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯基缩水甘油醚、1,2-环氧基-5-己烯、4-硝基苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的任意一种；引发剂为：过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的任意一种；含氟物质为：三氟乙酸、甲基丙烯酸三氟乙酯、全氟己基乙烯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟癸基乙基甲基丙烯酸酯、全氟庚基乙基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙基甲基丙烯酸酯中的任意一种。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种水溶性透明超疏水涂料的制备方法，具体按照如下步骤实施：步骤1，首先将疏水性单体A和亲水性单体B加入蒸馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水溶性透明超疏水涂料，其特征在于，水溶性透明超疏水涂料由结构式为P(A‑r‑B)的聚合物与含氟物质反应生成，所述P(A‑r‑B)由疏水性单体A和亲水性单体B在引发剂作用下生成；疏水性单体A为：苯乙烯；所述亲水性单体B为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸‑N,N‑二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸‑2‑羟基乙酯、丙烯基缩水甘油醚、1,2‑环氧基‑5‑己烯、4‑硝基苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的任意一种；所述引发剂为：过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的任意一种；所述含氟物质为：三氟乙酸、甲基丙烯酸三氟乙酯、全氟己基乙烯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟癸基乙基甲基丙烯酸酯、全氟庚基乙基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙基甲基丙烯酸酯中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性透明超疏水涂料，其特征在于，水溶性透明超疏水涂料由结构式为P(A-r-B)的聚合物与含氟物质反应生成，所述P(A-r-B)由疏水性单体A和亲水性单体B在引发剂作用下生成；疏水性单体A为：苯乙烯；所述亲水性单体B为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯基缩水甘油醚、1,2-环氧基-5-己烯、4-硝基苯乙烯、苯乙烯磺酸钠中的任意一种；所述引发剂为：过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的任意一种；所述含氟物质为：三氟乙酸、甲基丙烯酸三氟乙酯、全氟己基乙烯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟癸基乙基甲基丙烯酸酯、全氟庚基乙基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙基甲基丙烯酸酯中的任意一种。2.如权利要求1所述的一种水溶性透明超疏水涂料的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1，首先将疏水性单体A和亲水性单体B加入蒸馏水中并用超声分散均匀，然后通氮除氧30min～60min后加入引发剂水溶液得到溶液C，最后60～80℃水浴加热1h后即得P(A-r-B)微球悬浮液，其中，所述溶液C中的溶剂为所述蒸馏水及所述引发剂水溶液中的蒸馏水；步骤2，首先用质量百分比为75％的乙醇将步骤1得到的P(A-r-B)微球悬浮液破乳，然后进行离心-清洗的动作，最后烘干，研磨即得P(A-r-B)微球；步骤3，首先将步骤2得到的P(A-r-B)微球用超声均匀分散于蒸馏水中并加入含氟物质，然后水浴加热后装入透析袋中透析，即得水溶性透明超疏水涂料。3.如权利要求2所述的一种水溶性透明超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述疏水性单体A与步骤1中溶液C中溶剂的质量比为0.01～0.05:1；所述亲水性单体B与步骤1中溶液C中溶剂的质量比为0.01～0.05:1；所述引发剂与疏水性单体A的的摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯成敏，王梅，李娜，张效林，寇艳萍，曹从军，张伟，夏卫民，卓光铭，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61