一种高反射耐磨超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高反射耐磨超疏水涂层及其制备方法。使用室温硫化硅橡胶（RTV）和正硅酸四乙酯（TEOS）对GCC微米粒子和TiO2纳米粒子进行表面修饰，获得了改性GCC/TiO2悬浮液，采用简单的喷涂工艺在水泥表面制备了高反射耐磨超疏水涂层，具有出色的超疏水性，其静态接触角（CA）为158

【技术实现步骤摘要】
一种高反射耐磨超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂层技术，具体涉及一种高反射耐磨超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]在炎热的夏季，太阳光辐射会使建筑物的温度升高，导致建筑制冷的能源消耗需求急剧增加，从而使得全球能源被大量消耗。同时，过度使用一次能源会导致温室效应加重，破坏全球的生态环境。因此，降低建筑物制冷的能源消耗对于节能减排有重要的意义。目前，大量的实验研究证明高反射率涂层可以降低建筑物外墙和屋顶的温度，现有技术通过精心设计的白色涂层的太阳光反射率高达87.9%，能够有效降低水泥表面的温度，然而，室外使用的白色涂层很容易被环境中的灰尘或土壤污染，导致其太阳光反射率急剧下降。虽然人工清洗后可以恢复涂层的太阳光反射率，但是人工清洗的成本较高且不安全，还会磨损太阳光反射涂层的表面。因此，开发具有自清洁功能的太阳光反射涂层很有必要。
[0003]研究表明，超疏水涂层的微纳米级粗糙结构在户外环境中很容易受到破坏。为了提高超疏水涂层的机械稳定性，学者们做了大量深入细致的研究工作。Shen等通过喷涂法将1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三乙氧基硅烷改性的碳纳米管和二氧化硅填料喷涂在含聚氨酯的铝基板上，制备了具有优异机械稳定性的超疏水涂层。Yu等通过两步喷涂法先将聚多巴胺（PDA）溶液喷涂到各种材料的基底上，再将疏水纳米二氧化硅粒子喷涂到PDA上，制备了具有化学稳定性和自修复的耐磨超疏水涂层。目前，虽然在制备耐磨超疏水涂层方面已经取得了较大的进展，但是具有太阳光反射特性的耐磨超疏水涂层还研究较少。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种简单环保、易制备的方法，以重质碳酸钙（GCC）为主要原料，以二氧化钛（TiO2）为太阳光反射增强填料，使用室温硫化硅橡胶（RTV）和正硅酸四乙酯（TEOS）对亲水的GCC微米粒子和TiO2纳米粒子进行表面修饰，采用喷涂法在水泥表面制备了高反射耐磨超疏水涂层，对涂层进行了机械稳定性、化学稳定性、抗紫外线、耐霜冻等测试，该涂层表现出优异的耐磨耐久性，具有潜在的应用价值。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种高反射耐磨超疏水涂层，由改性GCC/TiO2悬浮液干燥得到；所述改性GCC/TiO2悬浮液包括重质碳酸钙、二氧化钛、室温硫化橡胶以及正硅酸四乙酯。
[0006]一种高反射耐磨超疏水材料，由基底及位于所述基底上的涂层组成，所述涂层为上述高反射耐磨超疏水涂层，由改性GCC/TiO2悬浮液干燥得到；所述改性GCC/TiO2悬浮液包括重质碳酸钙、二氧化钛、室温硫化橡胶以及正硅酸四乙酯。
[0007]本专利技术中，将二氧化钛粉末、重质碳酸钙粉末、室温硫化橡胶、正硅酸四乙酯、氨水与水混合，得到改性GCC/TiO2悬浮液；优选的，将二氧化钛粉末加入水中，再加入重质碳酸钙粉末，然后加入正硅酸四乙酯、室温硫化橡胶和氨水，得到改性GCC/TiO2悬浮液。
[0008]本专利技术中，重质碳酸钙、二氧化钛的质量比为（1～10）∶1，优选（1.5～7）∶1，进一步
优选（2～5）∶1。超疏水涂层因其具有油水分离、自清洁、防腐蚀、抗菌等诸多独特的性能而受到科研人员的广泛关注。研究发现，超疏水涂层所表现出优异的憎水性是由于其表面特殊的微纳粗糙结构和低表面能物质共同决定的。目前，大多数超疏水涂层存在原材料价格昂贵、制备工艺复杂、化学试剂毒性大等问题，而超疏水涂层耐久性差、稳定性不足更是严重制约了超疏水涂层的实际应用。针对上述问题，本文选用重质碳酸钙（GCC）作为主要原料，设计开发出成本低廉、制备工艺简单环保、能够大规模生产且具有不同功能特性的耐久性超疏水涂层。
[0009]本专利技术中，重质碳酸钙与二氧化钛的质量和、正硅酸四乙酯、室温硫化橡胶、氨水的用量比例为8g∶（1～3）mL∶（1～3）mL∶（0.2～0.8）mL，优选为8g∶（1.5～2.5）mL∶（1.5～2.5）mL∶（0.3～0.6）mL。
[0010]本专利技术中，基底为常规材料，可以为无机材料或者有机材料，优选的，基底为水泥基底。本专利技术对超疏水涂层的各项性能进行测试分析，详细探究了耐久性超疏水涂层的实际用途，为实现超疏水涂层走向工业化提供一定的借鉴与指导意义。
[0011]本专利技术中，将改性GCC/TiO2悬浮液喷涂在基底上，干燥，得到高反射耐磨超疏水材料。具体喷涂、干燥为常规技术，比如室温放置即可在基底表面得到高反射耐磨超疏水涂层。优选的，高反射耐磨超疏水涂层的厚度为微米级，比如100～500微米，进一步选择200～400微米。
[0012]超疏水表面的制备方法已经取得了很大的进步与发展，然而实现大规模生产制备并广泛应用还有很长的一段距离，主要原因是超疏水表面的耐久性差，制备工艺复杂，化学试剂昂贵且毒性大等问题。本专利技术选用廉价的重质碳酸钙（GCC）作为主要原料，通过添加不同成分的辅助原料，采用简单环保、易工业化的方法制备出两款具有不同功能特性的耐久性超疏水涂层。并且对超疏水涂层的各项性能进行测试分析，详细探究了耐久性超疏水涂层的实际用途，为实现超疏水涂层走向工业化提供一定的借鉴与指导意义。本专利技术将GCC与TiO2按一定比例混合，通过室温硫化硅橡胶（RTV）和正硅酸四乙酯（TEOS）对其进行表面改性，获得了改性GCC/TiO2悬浮液，采用简单的喷涂工艺在水泥表面制备了高反射耐磨超疏水涂层。所制备的高反射耐磨超疏水涂层表现出优异的超疏水性，其静态接触角（CA）为158
°
，滚动角（SA）为5.6
°
，获得了太阳光反射率高达89.2%的超疏水涂层，在室外环境温度为35℃的太阳光直射下，该涂层与普通水泥涂层相比，能够降低表面温度高达10℃。该涂层表现出优异的耐磨耐久性，可负载500 g砝码在800目的砂纸表面摩擦200 cm或胶带重复撕粘50次，还可以承受长时间强酸、强碱溶液侵蚀和168 h的紫外线辐射，其仍然保持良好的超疏水性。涂层表现出优异的自清洁性能和耐霜冻性能，对可乐、咖啡、泥水等生活中常见的液体均有排斥作用，此外，在低温恶劣的环境中，能够长时间保持超疏水性。
附图说明
[0013]图1为不同GCC与TiO2质量比的涂层表面SEM形貌图涂层：(a) S1、(b) 涂层S2、(c) 涂层S3、(d) 涂层S4和 (e) 涂层S5； (f) 为涂层S1
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S5的CA和SA图。
[0014]图2为(a) TiO2、GCC和改性GCC/TiO2涂层的FT
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IR谱图 ；(b)GCC和改性GCC/TiO2涂层的XPS谱图。
[0015]图3为(a) 不同涂层的反射光谱图；(b) 不同涂层的紫外区、可见光区、近红外区
和太阳光平均反射率图；(c) 不同涂层在室外条件下的太阳光辐射图；(d) 不同涂层表面温度变化随太阳辐射时间的变化图。
[0016]图4为(a) 胶带剥离测试示意图；(b) 10次剥离循环后的涂层表面疏水效果图；(c) 剥离循环次数对涂层表面CA 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高反射耐磨超疏水涂层，由改性GCC/TiO2悬浮液干燥得到，其特征在于，所述改性GCC/TiO2悬浮液包括重质碳酸钙、二氧化钛、室温硫化橡胶以及正硅酸四乙酯。2.根据权利要求1所述高反射耐磨超疏水涂层，其特征在于，将二氧化钛粉末、重质碳酸钙粉末、室温硫化橡胶、正硅酸四乙酯、氨水与水混合，得到改性GCC/TiO2悬浮液。3.根据权利要求2所述高反射耐磨超疏水涂层，其特征在于，重质碳酸钙、二氧化钛的质量比为（1～10）∶1。4.根据权利要求2所述高反射耐磨超疏水涂层，其特征在于，重质碳酸钙与二氧化钛的质量和、正硅酸四乙酯、室温硫化橡胶、氨水的用量比例为8g∶（1～3）mL∶（1～3）mL∶（0.2～0.8）mL。5.权利要求1所述高反射耐磨超疏水涂层的制备方法，其特征在于，将二氧化钛粉末加入水中，再加入重质碳酸钙粉末，然后加入正硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳艳，唐兴杰，彭长四，刘暑，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：