一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超憎水涂料技术领域，具体涉及一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法，采用改性剂对球状填料进行疏水改性后，通过不同粒径的球状颗粒搭配，实现超憎水涂料中固填料的致密堆积，构建出涂层表面的粗糙结构，并采用低表面能成膜物与固填料进行混合，实现对球状颗粒的包覆，从而构建出内外结构均一的超憎水涂层。本发明专利技术解决了超憎水涂层在机械外力或户外使用过程中因低表面能物质或粗糙结构被破坏，导致裸露的新表面憎水性下降或丧失的难题，提高了超憎水涂层的耐久性。了超憎水涂层的耐久性。了超憎水涂层的耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超憎水涂料
，具体涉及一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]在自然界中，许多植物的叶片表面、水禽羽毛等都表现出超疏水性，其中最典型的代表就是“荷叶效应”。荷叶表面的低表面能蜡状物质和乳突状的粗糙结构一方面减少了水滴与荷叶表面的接触面积，在表面张力的作用下，水滴在其表面更倾向于呈球状存在，从而表现出超憎水效果；另一方面低表面能蜡状物质的存在使污秽物在其表面不易牢固附着，极易被滚落的水珠带走，从而实现自清洁的效果。近年来，超憎水表面因其独特的超憎水性能和自清洁性能在建筑、腐蚀防护、生物医药、管道运输等各行业领域都表现出广阔的应用前景。
[0004]基于超憎水表面的特殊结构，低表面能和微纳粗糙结构是构建超疏水表面的两个重要参数。一般采用的构建超憎水表面的方法包括：(1)在低表面能基材表面构造出微米或纳米级的微观粗糙结构，(2)降低已具有微纳粗糙结构表面的表面能。具体包括溶胶
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凝胶法、相分离法、刻蚀法、沉积法及模板法等。但这些制备方法普遍存在工艺繁琐，成本高昂、制备量少、无法规模化生产使用等问题。例如刻蚀法往往对基材种类(如铜、铁和玻璃等)有特殊限定；相分离法通常对组分也有要求或是需要使用大量的溶剂；模版法工艺繁琐，涉及模版的选取与去除等步骤。
[0005]通过在低表面能材料内部掺入填料的方式构建涂层表面的微纳粗糙结构，从而实现超憎水涂料制备的方法具有工艺简单、成本低廉、可批量化制备等优点，具备商业化推广应用的前景。但这种方法制备的超憎水涂层在外力破坏下或户外使用过程中易出现低表面能物质流失或者表面微纳粗糙结构被破坏的现象，致使涂层超憎水性能下降甚至丧失，影响其长期使用效果。因此，提高超憎水涂层的耐久性，使其满足实际的现场使用需求已成为实现超憎水涂料工业化进程的关键因素。
[0006]目前常用的改善超憎水涂层耐久性的方法主要有以下三种：一是制备自修复型超憎水涂层，在涂层被破坏时其可再次恢复性能，主要通过微纳粗糙结构的重筑或者低表面能物质向表面的迁移来实现；二是在涂层与基材或者涂层各组分之间引入共价键，增加涂层与基材的作用力，以此提高涂层的耐久性；三是使用胶黏剂，增加涂层中各组分间及其与基材的粘附力。但自修复型超憎水涂层的使用一般需要特定的环境条件比如温度诱导、红外光诱导等来实现超憎水性的恢复，从而导致涂层的应用环境、应用场景受限；引入共价键或粘合层的方法增强了涂层中各组分及涂层与基材的附着力，在一定程度上提高了超憎水涂层的耐久性，但无法抵抗刀刮等强外力对涂层的破坏作用。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于致密堆积理论设计的超憎水涂料及其制备方法。所述超憎水涂料可实现微纳结构和低表面能成分均一的贯穿于涂料的整个体系，达到涂层内外结构一致的效果，即使表面结构被外力破坏后，暴露出来的新表面仍具有与原表面一样的结构，从而实现提高涂层耐久性的目的。
[0008]本专利技术中采用改性剂对球状填料进行疏水改性后，通过不同粒径的球状颗粒搭配，实现超憎水涂料中固填料的致密堆积，构建出涂层表面的粗糙结构，并采用低表面能成膜物与固填料进行混合，实现对球状颗粒的包覆，从而构建出内外结构均一的超憎水涂层。本专利技术解决了超憎水涂层在机械外力或户外使用过程中因低表面能物质或粗糙结构被破坏，导致裸露的新表面憎水性下降或丧失的难题，提高了超憎水涂层的耐久性。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种超憎水涂料，由A组分和B组分以10:1～40:1的比例构成，A组分包括低表面能成膜物、有机溶剂、改性颗粒、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、偶联剂、成膜助剂，B组分为低表面能成膜物用固化剂。
[0011]第二方面，本专利技术提供了上述超憎水涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将低表面能成膜物分散到三分之一的有机溶剂混合液中，搅拌分散，得到成膜物分散液；
[0013]S2、将改性颗粒分散到三分之二的有机溶剂混合液中，并加入润湿分散剂，搅拌均匀后，剪切分散，加入一半的成膜物分散液，继续剪切，得到改性颗粒分散液；
[0014]S3、将改性颗粒分散液超声分散、机械搅拌，随后加入剩余成膜物分散液，继续搅拌；
[0015]S4、加入偶联剂、消泡剂、流平剂和成膜助剂，搅拌，得到A组分，与B组分按比例混合，得到超憎水涂料。
[0016]第三方面，本专利技术提供了上述超憎水涂料和上述超憎水涂料的制备方法制备得到的产品在建筑、腐蚀防护、生物医药、管道运输等领域中的应用。
[0017]上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
[0018](1)本申请中采用致密堆积理论设计制备了超憎水涂料，实现了微纳粗糙结构和低表面能成膜物在涂料体系中的均一分布，获得了内外结构一致的超憎水涂层，增强了超憎水涂层抵抗外力的破坏能力，提升了超憎水涂层的耐久性。
[0019](2)本申请中使用不同粒径的球状颗粒实现了固填料在涂料体系中的致密堆积，提高了超憎水涂层的致密性，降低了涂层孔隙率，提升了超憎水涂层抵抗水汽、腐蚀性气氛等外界环境的能力。
[0020](3)本申请实现了超憎水涂层中固填料的致密堆积，降低了涂层孔隙率，减少了低表面能成膜物的应用，降低了涂料生产成本。
[0021](4)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产，推动了超憎水涂料的产业化进程。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示
意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1为单一尺寸的球状颗粒堆积模型；
[0024]图2为两种尺寸的球状颗粒堆积模型；
[0025]图3为三种尺寸的球状颗粒堆积模型；
[0026]图4为实施例2制备的超憎水涂料形成涂层的二维表面形貌图；
[0027]图5为实施例2制备的超憎水涂料形成涂层的三维表面形貌图。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超憎水涂料，其特征在于，由A组分和B组分以10:1～40:1的比例构成，A组分包括低表面能成膜物、有机溶剂、改性颗粒、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、偶联剂、成膜助剂，B组分为低表面能成膜物用固化剂。2.如权利要求1所述的超憎水涂料，其特征在于，A组分由如下重量份的原料组成：低表面能成膜物：25％～40％、有机溶剂：15％～26％、改性颗粒：30％～50％、润湿分散剂：0.5％～3％、消泡剂：0.5％～1.5％、流平剂：1％～1.5％、偶联剂：1％～2％、成膜助剂：0.5％～2％。3.如权利要求1所述的超憎水涂料，其特征在于，所述低表面能成膜物为含氟类树脂、有机硅材料中的一种或几种；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷、丙酮中的一种或几种；所述改性颗粒为经疏水改性的球形氧化硅、氧化钛、氧化铝中的一种或几种；所述润湿分散剂为BYK
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101N、BYK
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W940、BYK
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2150中的一种或几种；所述消泡剂为BYK
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052N、BYK
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053N、BYK
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077、BYK
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1752中的一种或几种；所述流平剂为BYK
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397、BYK
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3550种的一种或几种；所述偶联剂为硅氧烷基偶联剂KH550、KH560、KH570中的一种或几种；所述成膜助剂为OE300。4.如权利要求1所述的超憎水涂料，其特征在于，所述改性颗粒由2
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3种不同粒径的改性颗粒组成。5.如权利要求4所述的超憎水涂料，其特征在于，当所述改性颗粒由2种不同粒径的改性颗粒组成时，改性颗粒粒径比为4
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6:1，数量比为6
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8:2
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4。6.如权利要求4所述的超憎水涂料，其特征在于，当所述改性颗粒由3种不同粒径的改性颗粒组成时，改性颗粒粒径比为16
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36:4
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6：1，数量比为6
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8:1
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2:1
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3。7.权利要求1
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6任一项所述的超憎水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将低表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文静，王晓明，朱耿增，姚硕，杜宝帅，樊志彬，于丰杰，闫风洁，王蝶，高智悦，张李鹏，吴亚平，米春旭，宗立君，张振岳，王倩，王维娜，刘鑫，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：