一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用技术

一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用，属于材料表面处理领域。制备方法如下：将乙醇和链式纳米二氧化硅溶胶混合后得溶液A；将乙醇和正硅酸四乙酯混合，再加入氨水搅拌后陈化，然后加入正硅酸四乙酯搅拌后得到溶液B；将溶液A和溶液B混合后搅拌得到溶液C；向溶液C中加入改性剂和表面活性剂搅拌后陈放得到超疏水涂料，用活化分子筛除水后即可。本发明专利技术所述制备工艺简单，制备过程环保无污染。制得的涂料可以多次浸涂，涂层成膜性好，透光率高，干燥快速，超疏水效果好，可用于汽车后视镜、汽车挡风玻璃、电子产品玻璃、建筑玻璃、太阳能电池玻璃以及衣帽服装、鞋等多种场合，使被涂覆基材具有防水、防雾、防污、自洁等多种功能。

A Super-hydrophobic Coating with Re-coating and Transparency Enhancement and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料表面处理领域，涉及一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
超疏水表面集自清洁、除霜、防冰、非均匀润湿性等特殊能力于一身，因此近年来受到许多国内外学者的广泛研究。目前超疏水涂料的主要制备方法为溶胶凝胶法，通过低表面能物质改性纳米颗粒获得超疏水涂料，通过喷涂或者浸涂的方法获得微纳米复合结构的超疏水涂层。但是目前获得超疏水涂层存在三个重要缺点：其一为通过喷涂法获得的涂层虽然疏水性不错，但透明性极低，透光率一般低于50%；其二便是通过浸涂法获得的超疏水涂层虽然透明性相比喷涂有所提高，但整体透明性依旧下降了10%左右，而且浸涂会导致超疏水涂层成膜性差，产生咖啡环效应。不仅如此，浸涂法获得的涂层疏水效果没有喷涂的好。其三则是现有的超疏水涂料通常不能进行重涂，一般的材料表面只能浸涂一次，二次浸涂就会存在涂层无法涂敷到表面的现象，这主要是因为涂料中游离的低表面能物质将基材表面改性，导致表面无法黏附超疏水涂料。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用，制备的涂料具有干燥快速、成膜好、透明度高、可重涂、超疏水效果好等优点。技术方案：一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤一.向反应容器中加入30-60摩尔份乙醇，然后加入0.1-3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶，室温下搅拌5-30min，转速为100-600r/min，获得溶液A；步骤二.向另一反应容器中加入30-60摩尔份乙醇，然后加入0.5-2摩尔份正硅酸四乙酯，室温下搅拌5-30min，转速为100-600r/min，再加入0.5-5摩尔份质量分数为20-28%的氨水，继续搅拌0.5-2h后陈化2-3天，再加入0.1-0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5-16h，得到直径为30-50nm的纳米二氧化硅溶胶，即为溶液B；步骤三.将溶液A和溶液B按照(0.5~1)：1的体积比混合后搅拌15-30min，得到具有草莓状的纳米二氧化硅溶胶，即为溶液C；步骤四.向溶液C中加入0.05-2摩尔份改性剂和0.01-0.02摩尔份表面活性剂，搅拌0.5-2小时后陈放1-3天，获得超疏水涂料；步骤五.向所述超疏水涂料中加入活化分子筛去除溶剂中的水，即可获得可重涂增透的超疏水涂料。作为优选，所述步骤一中链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下：（1）纳米链种子合成，将0.05-1质量份L-精氨酸加入到40-50质量份去离子水和3-5质量份正硅酸四乙酯的混合物中，然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜，即可获得纳米链种子溶液；（2）纳米链生长，将0.2-0.5质量份L-精氨酸加入到6-8质量份上述纳米链种子溶液、6-8质量份去离子水和60-70质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置10-12h，获得纳米链溶液；（3）纳米链定型，将1-2质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中，然后在100~750rpm转速下在30-60℃下搅拌10-12h，获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。作为优选，所述步骤四中表面活性剂为弱阳离子型含氟丙烯酸和BYK改性助剂中的至少一种，改性剂为氟硅烷和硅氮烷中的至少一种，所述氟硅烷为碳链长度6-10的全氟乙氧基硅烷，所述硅氮烷为甲基或者乙基化的硅氮烷，改性剂中的硅元素与步骤二中两次添加的正硅酸四乙酯中总硅元素的摩尔比为1:6。作为优选，所述步骤四中改性剂为氟硅烷和硅氮烷，其中氟硅烷和硅氮烷的摩尔比为1:2。作为优选，所述步骤五中活化分子筛与超疏水涂料的质量比为(0.5-2):10。上述方法制备的可重涂增透的超疏水涂料。上述可重涂增透的超疏水涂料在制备汽车后视镜、摄像头视窗、眼镜、护目镜、泳镜、汽车挡风玻璃、电子产品玻璃、建筑玻璃、太阳能电池玻璃、衣帽服装或鞋涂层中的应用。作为优选，具体应用过程如下：将可重涂增透的超疏水涂料通过浸涂、喷涂或擦涂的方式涂覆在基材表面即可获得涂层。作为优选，采用浸涂的方式制备涂层时，将基材在可重涂增透的超疏水涂料中浸渍3-5秒后直接拿出，室温下干燥1-2min即可。作为优选，制备涂层前，向可重涂增透的超疏水涂料中添加乙醇进行稀释，稀释倍数为2-8倍。有益效果：（1）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料成膜工艺简单，施工方便，只需手动或者自动浸涂几秒钟后拿出，等涂层干燥后便可获得超疏水且增透的效果。（2）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料制备原料成本低廉，生产工艺简单，相比现有的超疏水涂料，其更易规模化生产。（3）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料采用自制纳米二氧化硅溶胶，由于市售硅溶胶加入了稳定剂等物质，故难以被本专利使用的氟硅烷和硅氮烷改性，且市售硅溶胶改性后制备的超疏水涂料涂层成膜不均匀。而自制的纳米二氧化硅溶胶由于未添加各种稳定剂，因此活性更强，更易被改性，且纳米二氧化硅颗粒的粒径可以随着老化时间的长短进行控制。（4）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料采用两种不同尺寸的纳米二氧化硅复合在一起的草莓状二氧化硅纳米颗粒硅溶胶，颗粒粒径在20-40nm之间，形成的纳米结构更加致密，因此增透效果显著。（5）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料浸涂后涂层厚度在30-50nm之间，平均粗糙度为40-50nm，远小于市场常见的超疏水涂层1000-3000nm的厚度。（6）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料加入了表面活性剂，能够加强疏水颗粒的均匀分散，防止絮凝沉降，同时降低涂料表面能，显著提升涂层成膜性。（7）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料中正硅酸四乙酯与硅元素结合，能够消除改性剂水解后游离的多余硅羟基，以提高重涂性。（8）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料采用草莓状纳米颗粒并利用活化分子筛除去涂料中水，能够消除吉布斯—马拉高尼效应的影响，避免出现咖啡环效应，以提高成膜性。（9）本专利技术制备的可重涂增透的超疏水涂料通过乙醇稀释2-8倍后依旧具备良好的疏水效果，便于运输，同时可降低成本。（10）本专利技术制备的超疏水涂料重涂性能优异，间隔长时间进行多达30-50次浸涂，得到的涂层依旧具备超疏水增透效果，而市售的大部分超疏水涂料，重涂2-3次后基体表面便无法涂覆上涂层，失去疏水效果。附图说明图1为实施例1中部分浸涂可重涂增透的超疏水涂料的载玻片以及水滴接触角的光学图，其中a为浸涂可重涂增透的超疏水涂料后载玻片的光学图，图a左边为一次浸涂，图a右边为经过20次浸涂；b为浸涂可重涂增透的超疏水涂料后载玻片后水滴接触角的光学图，图b左边为一次浸涂，图b右边为经过10次浸涂后的涂层（a和b中的载玻片上半部分有涂层，下半部分无涂层），其中多次浸涂的时间间隔为1小时，浸涂前将上次浸涂的涂层用软布擦除干净；图2为实施例1所述可重涂增透超疏水涂层的接触角光学图；图3为实施例1和对比例1制备的两种超疏水涂料若干次重涂后效果图，图中左边载玻片上半部分（虚线框框出部分）为实施例1制备的超疏水涂料重涂10次后的效果图；图3中右边载玻片上半部分（虚线框框出部分）为对比例1制备的可重涂增透的超疏水涂料重涂3次后的效果图；图4为实施例1所述涂层透光率与光束波长关系图；图5为实施例1制备的涂料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一.向反应容器中加入30‑60摩尔份乙醇，然后加入0.1‑3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶，室温下搅拌5‑30 min，转速为100‑600 r/min，获得溶液A；步骤二.向另一反应容器中加入30‑60摩尔份乙醇，然后加入0.5‑2摩尔份正硅酸四乙酯，室温下搅拌5‑30 min，转速为100‑600 r/min，再加入0.5‑5摩尔份质量分数为20‑28%的氨水，继续搅拌0.5‑2 h后陈化2‑3天，再加入0.1‑0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5‑16 h，得到直径为30‑50 nm的纳米二氧化硅溶胶，即为溶液B；步骤三.将溶液A和溶液B按照(0.5~1)：1的体积比混合后搅拌15‑30 min，得到具有草莓状纳米二氧化硅溶胶，即为溶液C；步骤四.向溶液C中加入0.05‑2摩尔份改性剂和0.01‑0.02摩尔份表面活性剂，搅拌0.5‑2小时后陈放1‑3天，获得超疏水涂料；步骤五.向所述超疏水涂料中加入活化分子筛去除溶剂中的水，即可获得可重涂增透的超疏水涂料。

【技术特征摘要】
1.一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一.向反应容器中加入30-60摩尔份乙醇，然后加入0.1-3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶，室温下搅拌5-30min，转速为100-600r/min，获得溶液A；步骤二.向另一反应容器中加入30-60摩尔份乙醇，然后加入0.5-2摩尔份正硅酸四乙酯，室温下搅拌5-30min，转速为100-600r/min，再加入0.5-5摩尔份质量分数为20-28%的氨水，继续搅拌0.5-2h后陈化2-3天，再加入0.1-0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5-16h，得到直径为30-50nm的纳米二氧化硅溶胶，即为溶液B；步骤三.将溶液A和溶液B按照(0.5~1)：1的体积比混合后搅拌15-30min，得到具有草莓状纳米二氧化硅溶胶，即为溶液C；步骤四.向溶液C中加入0.05-2摩尔份改性剂和0.01-0.02摩尔份表面活性剂，搅拌0.5-2小时后陈放1-3天，获得超疏水涂料；步骤五.向所述超疏水涂料中加入活化分子筛去除溶剂中的水，即可获得可重涂增透的超疏水涂料。2.根据权利要求1所述的一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下：（1）纳米链种子合成，将0.05-1质量份L-精氨酸加入到40-50质量份去离子水和3-5质量份正硅酸四乙酯的混合物中，然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜，即可获得纳米链种子溶液；（2）纳米链生长，将0.2-0.5质量份L-精氨酸加入到6-8质量份上述纳米链种子溶液、...

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