一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层的制备方法，其关键技术是通过在涂层内植入大粒径二氧化硅颗粒作为超疏水涂层抗摩擦保护颗粒，由此显著提高超疏水涂层耐摩擦特性。将环氧树脂溶解在丙酮中，形成环氧树脂溶液；将十八胺、不同小粒径二氧化硅颗粒、大粒径二氧化硅颗粒、十六烷基三甲氧基硅烷、环氧树脂固化剂按一定质量比加入到所制备的环氧树脂溶液中，之后在水浴中加热搅拌，由此得到超疏水涂层镀膜胶质溶液；将基片浸入到超疏水涂层镀膜胶质溶液中，采用提拉法制备薄膜；将提拉镀膜后的基片在空气中静置一段时间后放入烘箱中进行烘烤干燥，烘烤结束后便可获得一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层。带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于超疏水材料领域，具体涉及到一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]超疏水表面一般是指水接触角大于150度，水滚动角小于10度的表面。超疏水涂层表面由于具有优异的超疏水性能，在防水、防冰、自清洁、防污、防雾、防腐、油水分离等方面，具有巨大的应用潜力。通常，超疏水表面的制备有两种方式，一种方式是在低表面能材料表面形成多级微纳粗糙结构，另一种方式是对多级微纳粗糙结构表面进行低表面能修饰。然而，在实际应用过程中多级微纳粗糙结构表面很容易被机械磨损，从而丧失超疏水特性，这严重影响了超疏水材料的疏水性能及应用。目前，超疏水涂层力学性能差已成为其被大规模应用的瓶颈，特别是其弱的耐摩擦性能一直是超疏水涂层制备领域难以解决的问题。基于此，本专利技术以环氧树脂为成膜剂，以30、80和200纳米的小粒径二氧化硅颗粒构造多级微纳粗糙结构，以十六烷基三甲氧基硅烷为低表面能修饰剂，以50~100微米大粒径二氧化硅颗粒作为涂层防摩擦保护颗粒，制备一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层。
[0003]力学性能差已成为超疏水涂层大规模应用的瓶颈，特别是其弱的耐摩擦性能一直是超疏水涂层制备领域难以解决的问题。本专利技术的技术关键和主要技术特征是通过调控50~100微米大粒径二氧化硅颗粒质量含量比调控其在超疏水涂层表面的分布和大小。这种大粒径二氧化硅颗粒由于团簇作用能在涂层表面形成一种凸起且这种凸起的分布取决于大粒径二氧化硅颗粒质量含量比调控。凸起的分布需要凸起对涂层外界摩擦具有防护功能的同时不能影响涂层的超疏水特性，这就要求凸起一方面要具有合适的尺寸，另一方面凸起间的距离要恰当，当涂层遭受机械摩擦时，这种凸起会阻挡或减少小尺寸纳米二氧化硅颗粒所形成的多级微纳粗糙结构的磨损，从而能提高超疏水涂层的耐摩擦性能。采用相同的制备工艺和制备参数，同未加大粒径二氧化硅颗粒耐摩擦保护颗粒的超疏水涂层相比，加了大粒径二氧化硅颗粒耐摩擦保护颗粒的超疏水涂层的耐摩擦特性可以得到显著提升。本专利技术所公开的这种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层及其制备方法有助于耐摩擦性能强健的超疏水涂层的制备及其大规模产业化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在为超疏水涂层的大规模应用提供一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层及其制备方法，该方法主要通过在超疏水涂层内植入耐摩擦防护颗粒从而显著提高其耐摩擦性能。本专利技术所制备的超疏水涂层通过提拉法可在木片、塑料片、金属片以及玻璃片等不同基材上制备带有耐摩擦防护颗粒的超疏水涂层。该方法包括下述步骤：（1）按照1.8～2.0: 18~20的质量比，在室温下将型号为E
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44环氧树脂添加在丙酮中并超声处理10～15分钟，之后对其进行磁性搅拌25～35分钟，得到环氧树脂溶液；（2）将十八胺、小颗粒二氧化硅、大颗粒二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、型号为
T
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31的环氧树脂固化剂按照质量比0.9~1.1：1.25~1.55：0.1
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0.15：0.6~0.8：0.4~0.5加入到步骤（1）所制备的环氧树脂溶液中。其中，小颗粒二氧化硅粒径规格分别为30、80和200 nm，粒径30 nm、80 nm和200 nm二氧化硅颗粒质量比为0.45~0.55：0.4~0.5：0.4~0.5。大颗粒二氧化硅颗粒的粒径规格为50～100μm。将该混合物超声处理30～45分钟后，再对其进行45～55℃的水浴加热并同时进行60~80分钟的磁性搅拌，得到超疏水涂层镀膜胶质溶液；（3）将木片或塑料片或金属片或玻璃片等基片浸入到步骤（2）所制备的超疏水涂层镀膜胶质溶液中，浸入10～20秒后以2～4厘米/秒的匀速速率提拉基片；（4）将提拉镀膜后的基片于室温空气中静置10～15分钟后再放入50～70℃烘箱中进行50～75分钟的烘烤干燥。
[0005]以上各种物质的质量单位一致。
[0006]通过上述步骤，便可获得一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层。
[0007]本专利技术通过使用不同粒径小颗粒二氧化硅构造超疏水涂层表面的多级微纳粗糙结构，再通过采用大颗粒二氧化硅在超疏水涂层多级微纳粗糙结构表面形成均匀分布的凸起结构。这种凸起结构的高度在超疏水涂层表面由于明显比涂层表面多级微纳粗糙结构高，因此在受到外界摩擦时凸起能对疏水涂层表面的多级微纳粗糙结构形成一定保护，由此提高超疏水涂层的耐摩擦特性。小颗粒二氧化硅的质量比主要用来调控超疏水涂层表面的多级微纳粗糙结构，由此实现涂层的超疏水特性。大颗粒二氧化硅质量比主要用来调控超疏水涂层表面凸起的大小和分布。凸起的大小和分布需满足凸起对涂层外界摩擦具有防护功能的同时不能影响涂层的超疏水特性。凸起过大或过密均将导致涂层超疏水特性降低，凸起过小或过疏将对涂层的外界摩擦不起防护作用。在相同制备工艺和相同摩擦条件下，使用了大颗粒二氧化硅作为摩擦防护颗粒的超疏水涂层耐摩擦特性得以明显提高。相反，不使用、少使用或者过量使用大颗粒二氧化硅的超疏水涂层要么具有超疏水特性但耐摩擦性能差，要么耐摩擦性能好但不具有超疏水特性。
附图说明
[0008]图1为实施例1所制备的一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0009]图2为实施例2所制备的一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0010]图3为实施例3所制备的一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0011]图4为实施例4所制备的一种带有摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0012]图5为对比实施例5所制备的一种带有过量摩擦防护颗粒涂层摩擦前的水滴接触角测试图。
[0013]图6为对比实施例6所制备的一种带有欠量摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0014]图7为对比实施例7所制备的一种带有粒径过小摩擦防护颗粒的超疏水涂层在5Kpa压力作用下经过800目砂纸摩擦400厘米后的水滴接触角测试图。
[0015]图8为对比实施例8所制备的一种带有粒径过大摩擦防护颗粒涂层摩擦前的水滴接触角测试图。
具体实施方式
[0016]为进一步阐述本专利技术所提供的一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层及其制备方法，以下实施案例用以说明本专利技术，但不用于限制本专利技术。
[0017]实施例1（1）按照1.8: 20的质量比，在室温下将型号为E
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44环氧树脂添加在丙酮中并超声处理10分钟，之后对其进行磁性搅拌25分钟，得到环氧树脂溶液；（2）将十八胺、小颗粒二氧化硅、大颗粒二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、型号为T
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31的环氧树脂固化剂按照质量比0.9：1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有摩擦防护颗粒超疏水涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）按照1.8～2.0: 18~20的质量比，在室温下将型号为E
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44环氧树脂添加在丙酮中并超声处理10～15分钟，之后对其进行磁性搅拌25～35分钟，得到环氧树脂溶液；（2）将十八胺、小颗粒二氧化硅、大颗粒二氧化硅、十六烷基三甲氧基硅烷、型号为T
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31的环氧树脂固化剂加入到步骤（1）所制备的环氧树脂溶液中；将该混合物超声处理30～45分钟后，再对其进行45～55℃的水浴加热并同时进行60~80分钟的磁性搅拌，得到超疏水涂层镀膜胶质溶液；（3）将木片或塑料片或金属片或玻璃片等基片浸入到步骤（2）所制备的超疏水涂层镀膜胶质溶液中，浸入10～20秒后以2～4厘米/秒的匀速速率提拉基片；（4）将提...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼华，林一凡，孙嘉进，龚梦天，肖婷，向鹏，杨雄波，谭新玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：