耐磨疏水涂层和制备耐磨疏水涂层的方法技术

本发明专利技术公开了耐磨疏水涂层和制备耐磨疏水涂层的方法。所述耐磨疏水涂层包括底层和上层；其中，所述底层包含表面富含环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子，所述上层包含表面富含氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子；所述第二纳米二氧化硅粒子在所述上层中形成微纳凹凸结构。所述耐磨疏水涂层对玻璃、金属和塑料表面具有良好的结合力，并且具有耐磨损、超疏水的效果。

Wear resistant hydrophobic coating and preparation method of wear resistant hydrophobic coating

The invention discloses a wear-resistant hydrophobic coating and a method for preparing the wear-resistant hydrophobic coating. The wear-resistant hydrophobic coating comprises a bottom layer and an upper layer, wherein the bottom layer comprises a first nano silica particle rich in epoxy group on the surface, and the upper layer comprises a second nano silica particle rich in amino group and alkyl group on the surface, and the second nano silica particle forms a micro nano concave convex structure in the upper layer. The wear-resistant hydrophobic coating has good binding force on the surface of glass, metal and plastic, and has the effect of wear-resistant and super hydrophobic.

【技术实现步骤摘要】
耐磨疏水涂层和制备耐磨疏水涂层的方法
本专利技术涉及一种耐磨疏水涂层及其制备方法，具体涉及一种适用于金属基材的耐磨疏水涂层及其制备方法。
技术介绍
纳米二氧化硅是一种无机化工材料，俗称白炭黑。由于是超细纳米级，尺寸范围在1～100nm，因此具有许多独特的性质，如具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能，用途非常广泛。纳米二氧化硅为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，分子式和结构式为SiO2，不溶于水。通常通过对纳米二氧化硅粒子进行不同的改性，可以赋予二氧化硅粒子不同的特性，从而能间接影响应用纳米二氧化硅的材料特性。玻璃、金属、塑料等制品由于产品的多样化和可塑性在生活和工业中应用广泛。但是这些玻璃、金属和塑料制品在使用过程中表面容易磨损或腐蚀，从而使制品性能下降，甚至影响使用。因此，采用表面涂层的方式来对玻璃、金属和塑料制品进行防护是常规方法。纳米二氧化硅是涂料领域中的添加剂之一，但是常规的纳米二氧化硅粒子对玻璃、金属、塑料等基材的结合力、强度和防腐蚀能力不够，因此在高强度要求的领域中的应用受限。当前，需要一种对玻璃、金属、塑料等基材表面具有良好的结合力，并且具有良好疏水防腐蚀性能的涂层。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种耐磨疏水涂层，通过包括不同表面改性的纳米二氧化硅层的组合，实现对玻璃、金属和塑料等基材的耐磨损和超疏水的效果。根据本专利技术的一个方面，提供一种耐磨疏水涂层，包括底层和上层；其中，所述底层包含表面富含环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；所述上层包含表面富含氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子；且所述第二纳米二氧化硅粒子在所述上层中形成微纳凹凸结构。所述第一纳米二氧化硅粒子通过用包含环氧基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。优选地，所述包含环氧基团的硅烷偶联剂为KH560。所述第二纳米二氧化硅粒子通过依次用包含氨基的硅烷化合物和包含烷基的硅烷化合物对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。所述包含氨基的硅烷化合物包括多氨基烷氧基硅烷和单氨基烷氧基硅烷；所述包含烷基的硅烷化合物为长链烷基烷氧基硅烷。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备耐磨疏水涂层的方法，所述耐磨疏水涂层包括底层和上层，所述方法包括：将包含环氧基团的硅烷偶联剂与第一纳米二氧化硅粒子在酸的催化下反应，分离得到表面含有环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；将所述表面含有环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子与固化剂和可选的固化催化剂混合，得到底层涂料；将所述底层涂料涂覆至基材表面，固化后形成所述底层；向正硅酸乙酯在有机溶剂的溶液中加入氨水进行水解，生成第二纳米二氧化硅粒子；向水解后的溶液依次添加单氨基烷氧基硅烷、多氨基烷氧基硅烷、草酸溶液，并且升温至80～100℃，进行第一疏水改性处理；向第一疏水改性处理后的溶液添加长链烷基多烷氧基硅烷和水，进行第二疏水改性处理，得到表面含有氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子的第二混合液；将所述第二混合液涂覆至所述底层表面，干燥后形成所述上层。所述单氨基烷氧基硅烷为单氨基甲氧基硅烷或单氨基乙氧基硅烷，所述多氨基烷氧基硅烷为多氨基甲氧基硅烷或多氨基乙氧基硅烷。所述长链烷基三烷氧基硅烷为长链烷基三甲氧基硅烷或长链烷基三乙氧基硅烷。所述长链烷基三烷氧基硅烷为十六烷基三甲氧基硅烷。因此，根据本专利技术的耐磨疏水涂层由于包括表面富含环氧基团的纳米二氧化硅粒子底层和表面富含氨基和烷基的纳米二氧化硅粒子上层，使得耐磨疏水涂层可以与玻璃、金属、塑料等多种基材紧密结合；同时具有强疏水效果的上层中的纳米二氧化硅粒子表面的氨基与底层中纳米二氧化硅粒子表面的环氧基团会发生交联反应，两个纳米二氧化硅粒子形成的层进一步紧密结合，使上层可以牢固地附着在底层上，形成耐磨损的超疏水涂层。具体实施方式根据本专利技术提供的耐磨疏水涂层，包括底层和上层；其中，所述底层包含表面富含环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；所述上层包含表面富含氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子；且所述第二纳米二氧化硅粒子在所述上层中形成微纳凹凸结构。所述第一纳米二氧化硅粒子通过用包含环氧基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。优选地，所述包含环氧基团的硅烷偶联剂为KH560。所述第二纳米二氧化硅粒子通过依次用包含氨基的硅烷化合物和包含烷基的硅烷化合物对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。所述包含氨基的硅烷化合物包括多氨基烷氧基硅烷和单氨基烷氧基硅烷；所述包含烷基的硅烷化合物为长链烷基烷氧基硅烷。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备耐磨疏水涂层的方法，所述耐磨疏水涂层包括底层和上层，所述方法包括：将包含环氧基团的硅烷偶联剂与第一纳米二氧化硅粒子在酸的催化下反应，分离得到表面含有环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；将所述表面含有环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子与固化剂和可选的固化催化剂混合，得到底层涂料；将所述底层涂料涂覆至基材表面，固化后形成所述底层；向正硅酸乙酯在有机溶剂的溶液中加入氨水进行水解(优选在40～70℃下进行)，生成第二纳米二氧化硅粒子；向水解后的溶液依次添加单氨基烷氧基硅烷、多氨基烷氧基硅烷、草酸溶液，并且升温至80～100℃，进行第一疏水改性处理；向第一疏水改性处理后的溶液添加长链烷基多烷氧基硅烷和水，进行第二疏水改性处理，得到表面含有氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子的第二混合液；将所述第二混合液涂覆至所述底层表面，干燥后形成所述上层。上述本专利技术的方法实质上包括两个部分，即底层涂料和上层涂料的制备和涂层的固化。(一)底层涂料的制备在本专利技术的底层涂料制备中，通常采用市售的未经表面处理的纳米二氧化硅(平均粒径10～20nm)。首先，将该纳米二氧化硅粒子分散在有机溶剂中，该有机溶剂可选自甲基异丁基酮、环己酮、丙酮。在上述分散液中加入包含环氧基团的硅烷偶联剂，通常在酸催化下，使得二氧化硅粒子表面含有环氧基团。该包含环氧基团的硅烷偶联剂的用量可为原始纳米二氧化硅粒子质量的10～75％，优选10～50％，例如35％。上述酸可为草酸，且草酸的摩尔浓度可为0.0005～0.0015mol/L，优选0.001mol/L。优选地，在酸催化后的溶液中进一步加入环氧类固化剂，例如E44环氧树脂，使得表面富含环氧基团的纳米二氧化硅粒子之间结合更牢固，由此制得底层涂料组分A。该环氧类固化剂与原始纳米二氧化硅粒子的质量比为(10～1):1。其次，将胺类固化剂(优选异佛尔酮二胺)与固化催化剂(优选1,4-二甲基哌嗪，DMP)在诸如乙酸乙酯的有机溶剂中溶解，形成底层涂料组分B。胺类固化剂与原始纳米二氧化硅粒子的质量比为(10～1):1。固化催化剂的用量可为原始纳米二氧化硅粒子质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨疏水涂层，其特征在于，所述耐磨疏水涂层包括底层和上层；/n其中，所述底层包含表面富含环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；/n所述上层包含表面富含氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子；且/n所述第二纳米二氧化硅粒子在所述上层中形成微纳凹凸结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨疏水涂层，其特征在于，所述耐磨疏水涂层包括底层和上层；
其中，所述底层包含表面富含环氧基团的第一纳米二氧化硅粒子；
所述上层包含表面富含氨基和烷基的第二纳米二氧化硅粒子；且
所述第二纳米二氧化硅粒子在所述上层中形成微纳凹凸结构。


2.根据权利要求1所述的耐磨疏水涂层，所述第一纳米二氧化硅粒子通过用包含环氧基团的硅烷偶联剂对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。


3.根据权利要求2所述的耐磨疏水涂层，所述包含环氧基团的硅烷偶联剂为KH560。


4.根据权利要求1所述的耐磨疏水涂层，所述第二纳米二氧化硅粒子通过依次用包含氨基的硅烷化合物和包含烷基的硅烷化合物对纳米二氧化硅粒子进行改性形成。


5.根据权利要求4所述的耐磨疏水涂层，所述包含氨基的硅烷化合物包括单氨基烷氧基硅烷和多氨基烷氧基硅烷；所述包含烷基的硅烷化合物为长链烷基烷氧基硅烷。


6.一种制备耐磨疏水涂层的方法，所述耐磨疏水涂层包括底层和上层，其特征在于，所述方法包括：
将包含环氧基团的硅烷偶联剂与第一纳米二氧化硅粒子在酸的催化下反应，分离得到表面含有环氧基团的第一纳米二...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晨，肖鹏飞，
申请(专利权)人：北京易净星科技有限公司，易净星山东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11