一种超疏水涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超疏水涂料及其制备方法和应用。该涂料可以涂覆于柔性或者刚性材料表面，也可以涂覆于平整或者粗糙的塑料、金属等材质基底上，能够实现自清洁、防水、防冻、防雾、流体减阻和防腐蚀功能，可以被广泛应用于建筑、家电、交通运输、服装、电子器件和液体运输等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种超疏水涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
超疏水涂层的制备肇始于人们对荷叶、玫瑰花瓣、沙漠甲虫等自然界的极端润湿现象的认识与研究，由于超疏水涂层具有自清洁、防覆冰、防腐、抗菌等优良性能，因而在玻璃、陶瓷砖瓦水泥、纺织品、金属等基材的涂层上有广泛的应用价值。制备超疏水表面通常从两个方面着手，一是使用低表面能物质，例如聚二甲基硅氧烷、含氟化合物等；二是构造微纳米复合粗糙结构。相关技术中，制备超疏水表面的工艺通常复杂耗时，比如有的工艺中，基材需要经过打磨后再浸泡到酸液中刻蚀以形成一定的微纳米结构。有的工艺中，玻璃需要先进行蒙砂处理获得粗糙结构，再用硅烷在高温条件下处理。此外，由于含氟化合物的表面能最低可低至15.0mN/m，因此目前很多超疏水技术会使用含氟化合物，利用氟硅烷改性丙烯酸酯乳液来制备超疏水表面，但氟单体及其化合物价格高昂，难以应用到普通工业产品上。有机硅在涂层中能表现出良好的疏水特性，例如聚二甲基硅氧烷，其分子链段柔顺，具有低表面能和高铺展性等表面特性，这些特性使其能够用于表面改性和控制，但聚二甲基硅氧烷的分子间作用力弱，与基材的结合性差，机械强度低，易划伤损坏，寿命短。而构造高粗糙度的模板法、静电纺织法和等离子蚀刻法等方法的工艺流程相对复杂，对生产设备要求高。虽然通过向聚合物中添加无机粉体材料(通常有二氧化硅、二氧化钛、氧化锌及其修饰物等)，能利用粉体材料本身的疏水特性和表面粗糙度来提高原有涂层的疏水性能，最终获得超疏水复合材料。但高含量的无机粉体添加物使聚合乳液与基材的附着变差，影响原聚合乳液的成膜性能，还会造成体系粘度过高，喷涂、浸涂等涂布工艺受到限制的问题，还会降低涂层的透明度，使其应用场所大为减少，因此制备超疏水复合材料时，需要在粗糙度与透明度之间取得平衡。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种超疏水涂料，该涂料可以涂覆于柔性或者刚性材料表面，也可以涂覆于平整或者粗糙的塑料、金属等材质基底上，能够实现自清洁、防水、防冻、防雾、流体减阻和防腐蚀功能，可以被广泛应用于建筑、家电、交通运输、服装、电子器件和液体运输等领域。本专利技术还提供了上述超疏水涂料的制备方法。本专利技术还提供了上述超疏水涂料的应用。本专利技术的第一方面提供了一种超疏水涂料，制备原料包括硅烷化合物、微纳米颗粒和助剂，所述硅烷化合物和微纳米颗粒的质量比为(0.01～100)：1，所述微纳米颗粒的粒径在1nm至100μm之间。本专利技术中，“超疏水”指水滴落在表面不会被黏附，能够迅速以球状形态弹落或滑落，类似于荷叶表面的水滴状态。本专利技术中，“超疏水”一般可以认为是材料的静态接触角大于150°，滚动角小于10°。本专利技术的超疏水涂料，至少具有以下有益效果：本专利技术的超疏水涂料配方中，硅烷化合物提供疏水性，微纳米颗粒提供粗糙结构与体系强度，助剂提供增强的涂层强度。具体而言，基于硅烷化合物提供的低表面能特性和微纳米颗粒提供的表面粗糙结构，在助剂的共同作用下，该涂料中的主体成分可在多种基材表面快速形成化学键，能够在众多基材表面实现超疏水性能。本专利技术的超疏水涂料，利用小分子硅烷或者线性大分子硅烷之间的化学作用，可以在基材表面自发生成稳定的多尺度低表面能分子结构，同时硅烷体系还可以跟微纳米颗粒表面发生反应，从而让整个超疏水涂层稳定地附着在固体基材表面，无论是粗糙的织物、木材等基材，还是平整的玻璃与塑料等基材，本专利技术的超疏水涂料都可以使之超疏水化。本专利技术的超疏水涂料，无需使用含长链烷基的超疏水织物整理剂，也不需要使用硅烷偶联剂，所使用的微纳米颗粒不限于纳米SiO2，还可以是其他的无机和有机纳米粒子。本专利技术的超疏水涂料，主要利用小分子硅烷或线性硅烷作低表面能物质来源，不需要使用正硅酸乙酯作硅源，不需要使用含氨基的组分作为催化剂，不需要加热，也无需添加固化剂。本专利技术的超疏水涂料，由于可以与许多基底材料表面发生化学交联反应从而牢固地附着在基材表面，因此本专利技术的超疏水涂料所处理的基材不限于织物，还可以是许多其他的固体材料，也可适用于活性的金属表面。本专利技术的超疏水涂料，可以在多种粗糙或平整的固体基材表面快速生成稳定的超疏水涂层。本专利技术的超疏水涂料，原料成本低，涂料受温度影响小，并具有较好的透明度。本专利技术的超疏水涂料，附着力好，适用范围广，尤其适用于各种管道和电子元器件。本专利技术的超疏水涂料，数秒或数分钟内即可在基材表面实现超疏水效应。本专利技术的超疏水涂料，可以无需添加正硅酸乙酯，在室温下即可调制，无需进行加热处理。根据本专利技术的一些实施方式，所述硅烷化合物和微纳米颗粒的质量比为(0.1～10)：1。根据本专利技术的一些实施方式，所述硅烷化合物和微纳米颗粒的质量比为(0.3～3)：1。根据本专利技术的一些实施方式，所述硅烷化合物包括链状、支链状的R2-Si-(OR)2、Si2R'(OR)2R4、环状或线性的[SiR2O]m、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷、Rn-Si-(OR)4-n、Si2R'(OR2)6-nRn、Si3R'2(OR)8-nRn、Si4R'3(OR)10-nRn、Si(ON＝CR2)4，其中，R为C1-C20直链或支链烷基、环烷基、芳烯基及其衍生物；m为1-100000；n可以为0～8；OR包括NR2、酯基；R'包括O、CH2、NR、S、NR-R-NR和R-O-R。根据本专利技术的一些实施方式，所述硅烷化合物包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、含氢硅油、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基烷基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二(三乙氧基硅基)甲烷、1,2-二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、甲基三丁酮肟基硅烷、γ-氨丙基-三乙氧基硅烷和γ-环氧丙氧丙基-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述微纳米颗粒包括无机微纳米颗粒和有机微纳米颗粒。根据本专利技术的一些实施方式，所述无机微纳米颗粒包括氧化硅、硅酸盐、碳酸盐、碳化物、硫酸盐、硫化物、钛酸盐、氢氧化物、石英粉、硅灰石、重晶石粉、白瑰粉、晶体碳酸钙、白云石粉、高岭土、纤维状滑石粉、含碳酸钙滑石粉、云母粉、硅藻土、片状滑石粉、天然石墨、硫酸钡、白炭黑、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化钛和铝粉。根据本专利技术的一些实施方式，所述有机微纳米颗粒包括再生纤维素、合成树脂和橡胶颗粒。根据本专利技术的一些实施方式，所述微纳米颗粒包括二氧化钛颗粒和二氧化硅颗粒。根据本专利技术的一些实施方式，所述微纳米颗粒的粒径在1nm至100μm之间。根据本专利技术的一些实施方式，所述微纳米颗粒的粒径在10nm至5μm之间。根据本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水涂料，其特征在于，制备原料包括硅烷化合物、微纳米颗粒和助剂，所述硅烷化合物和微纳米颗粒的质量比为(0.01～100)：1，所述微纳米颗粒的粒径在1nm至100μm之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种超疏水涂料，其特征在于，制备原料包括硅烷化合物、微纳米颗粒和助剂，所述硅烷化合物和微纳米颗粒的质量比为(0.01～100)：1，所述微纳米颗粒的粒径在1nm至100μm之间。


2.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述硅烷化合物包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、含氢硅油、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、聚甲基烷基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二(三乙氧基硅基)甲烷、1,2-二(三乙氧基甲硅烷基)乙烷、甲基三丁酮肟基硅烷、γ-氨丙基-三乙氧基硅烷和γ-环氧丙氧丙基-丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述微纳米颗粒包括无机微纳米颗粒和有机微纳米颗粒。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪黎明，杨金婵，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44