一种仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料及其制备和施用方法技术

本发明专利技术公开了一种仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料及其制备和施用方法；以总重100％计，包括：硅溶胶：25

【技术实现步骤摘要】
一种仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料及其制备和施用方法


[0001]本专利技术属于涂料
，涉及一种仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料及其制备和施用方法。

技术介绍

[0002]当水滴落在荷叶上的时候，会荷叶上形成近似圆球形的水珠滚来滚去而不浸润荷叶，用电子显微镜观察的话，就会发现荷叶表面有一些微米级的微小的突起，这种微米级的突起上面，又形成一种纳米级的突起，是一种微米
‑
纳米二级突起结构。这种结构使得水珠在滚动中吸附叶片表面的灰尘，并滚出叶面，从而达到清洁叶面的效果。这种仿荷叶的技术已经渗透到了纺织、化工等诸多行业和领域。通过仿造荷叶结构制造出各种超疏水自清洁表面，可以减少人工维护成本。
[0003]目前常用来构建超疏水表面的材料有聚四氟乙烯、氟硅烷、硬脂酸这类低表面能有机物，但是这类有机物往往面临着不少问题，如VOC排放量较高、不耐摩擦、在高温下超疏水性变弱、甚至丧失等问题，因而限制了使用场景。陶瓷涂层是一种具有Si
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O
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Si无机结构的涂层，是一种安全环保、耐高温性好、耐磨性好的材料，由于表面含有少量
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CH3基团而具有疏水性，但是陶瓷涂层表面水接触角只能达到100
°
左右，无法用来作为超疏水自清洁涂层。
[0004]形成仿荷叶表面微米
‑
纳米二级结构的技术手段有模板法、激光刻蚀法、化学气相沉积法、相分离与自组装法等等，通过对现有专利文献的检索发现，申请号为202010751086.7的中国专利技术专利公开了形成仿荷叶超疏水表面的技术方案，通过模板法形成仿荷叶结构的超疏水表面，这种技术手段与涂料的传统施工工艺差距较大，不适合大面积工业化生产；申请号为202210049774.8的中国专利公开了一种仿荷叶结构的超疏水涂层的制备方法及应用，采用高压静电喷涂的方法形成仿荷叶结构，但是静电喷涂中在电压固定的情况下，涂料微粒所受到的电场力是恒定的，电场力作用在每个涂料微粒上的力都是一样的，所以颗粒无法定向移动而形成仿荷叶结构。如何采用与涂料施工工艺接近的、且可以实现的技术手段是制备仿荷叶结构超疏水自清洁涂层的关键所在。

技术实现思路

[0005]采用与涂料施工工艺接近的方法，在陶瓷涂层表面形成仿荷叶的微米
‑
纳米二级结构，制备自清洁超疏水涂层，且涂层自清洁性能的持久性好是需要解决的关键技术问题。本专利技术基于此，提供了一种仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料及其制备和施工方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]<第一方面>
[0008]本专利技术涉及一种用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，以100％计，包括如下重量百分比含量的各组分：
[0009]硅溶胶：25
‑
27％，1％NaOH溶液：4
‑
5％，颜料：10
‑
12％，填料：8
‑
10％，分散剂：1
‑
1.2％，硅烷：25
‑
27％，异丙醇：3
‑
3.5％，硅油微胶囊：6
‑
8％，25％甲酸：0.7
‑
1％，去离子水：余量。
[0010]本专利技术体系中，硅溶胶为陶瓷涂料主要成膜物质，普通市售产品，例如：阿克苏诺贝尔的Bindzil 2034DI、日产化学的ST
‑
O
‑
40，格雷斯HS
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40等。
[0011]1％NaOH溶液用作色浆pH值调节剂，将色浆部分pH值调整至9
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10.5，硅溶胶研磨色浆后在储存过程中会出现pH值下降的情况，当pH值下降至8.5以下接近中性时，硅溶胶会出现凝胶化而导致色浆变质，所以需要用碱性溶液将色浆pH值调整至9
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10之间，以保证色浆在保存时不会发生变质。
[0012]颜料赋予涂料不同颜色，选用普通无机颜料，无机颜料耐温性好、安全性好，耐高温领域宜选用无机颜料。
[0013]填料起到降低涂料成本，增加涂料固含量等作用，选用普通常用填料，例如：云母粉、硅微粉、高岭土、氧化铝粉、气相二氧化硅等。
[0014]分散剂起到减少颜填料分散的时间，稳定颜料分散体，提高颜料着色力和遮盖力等作用，例如：BYK180、BYK190、BYK2010、BYK2001等。
[0015]硅烷为辅助成膜物质，可选用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷等。
[0016]硅油微胶囊是提供陶瓷涂层疏水性的组分，是一种壳
‑
芯结构的微胶囊，涂层在受热过程中硅油可逐渐从壳结构中扩散出来，缓慢释放，延长涂层的疏水持久性。
[0017]25％甲酸溶液作为陶瓷涂料溶胶
‑
凝胶反应的催化剂，硅烷在酸性条件下水解后与硅溶胶发生缩聚反应生成陶瓷涂料。
[0018]以硅油微胶囊总重为100％挤，硅油微胶囊配方如下：
[0019]硅油：43
‑
45％，
[0020]硅烷：48
‑
50％，
[0021]表面活性剂：4
‑
4.5％，
[0022]25％甲酸溶液：余量。
[0023]硅油微胶囊中，硅油用于提供陶瓷涂料的疏水性，常用硅油，例如：甲基硅油、羟基硅油等。
[0024]硅烷由1：1
‑
2：1的三官能度硅烷和二官能度硅烷组成。所述三官能度硅烷为短链三官能度硅烷，包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷；所述二官能度硅烷为短链二官能度硅烷，包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等。本专利技术体系中，三官能度硅烷与二官能度硅烷需搭配使用，可以形成规整的三维交联结构的多孔状结构，且孔的直径较大，利于硅油分子的扩散，如果全部选用三官能度硅烷，则形成的交联结构较致密，孔径较小，不利于硅油分子向外扩散。选用短链烷基的硅烷可以避免聚合过早的出现空间位阻效应，使得壳结构更加完整也更加规整，长链烷基的硅烷由于容易产生空间位阻效应，聚合时难以形成完整的壳结构。
[0025]表面活性剂选用阳离子型表面活性剂，可以在弱酸性条件下稳定存在。例如：十六烷基三甲基季铵溴化物、十八烷基二甲基苄基季铵氯化物、苯扎氯铵、苯扎溴铵等有机季铵盐结构的表面活性剂。本专利技术体系中如添加阴离子表活剂会产生凝胶现象；如添加非离子表面活性剂，其稳定效果欠佳。
[0026]25％甲酸溶液为硅烷水解的催化剂，硅烷在酸性条件下水解可形成无色透明溶液。
[0027]作为一个实施方案，硅油微胶囊的制备包括如下步骤：将硅油、硅烷、表面活性剂混合均匀，在搅拌状态下用25％甲酸将pH值调整至4.0
‑
5.0，反应4
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6hr后，再超声2
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3hr，得到硅油微胶囊。
[0028]制得的微胶囊是一种壳...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，以100％计，所述组合物包括如下重量百分比含量的各组分：硅溶胶：25
‑
27％，1％NaOH溶液：4
‑
5％，颜料：10
‑
12％，填料：8
‑
10％，分散剂：1
‑
1.2％，硅烷：25
‑
27％，异丙醇：3
‑
3.5％，硅油微胶囊：6
‑
8％，25％甲酸：0.7
‑
1％，去离子水：余量。2.根据权利要求1所述的用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，所述填料选自云母粉、硅微粉、高岭土、氧化铝粉、气相二氧化硅中的一种或几种；所述颜料为无机颜料；所述分散剂选自BYK180、BYK190、BYK2010、BYK2001中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，所述硅烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，以硅油微胶囊总重为100％计，所述硅油微胶囊配方如下：硅油：43
‑
45％，硅烷：48
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50％，表面活性剂：4
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4.5％，25％甲酸溶液：余量。5.根据权利要求4所述的用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，硅油微胶囊中，所述硅油选自甲基硅油、羟基硅油中的一种或几种；所述硅烷由1：1
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2：1的三官能度硅烷和二官能度硅烷组成。6.根据权利要求4所述的用于形成仿荷叶结构的自清洁陶瓷涂料组合物，其特征在于，硅油微胶囊中，所述表面活性剂选用阳离子型表面活性剂，包括十六烷基三甲基季铵溴化物、十八烷基二甲基苄基季铵氯化物、苯扎氯铵、苯扎溴铵中的一种或几种。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚莉，李力锋，赵杰，刘扬，于秦阳，
申请(专利权)人：上海宜瓷龙新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：