超疏水纳米复合涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开的超疏水纳米复合涂料中各组分配比按质量百分比计为：疏水二氧化硅０．５～１０．５％，疏水高分子材料０．２～５．４％，溶剂８６．５～９９．３％，且水滴在用该涂料制成的膜表面上的接触角为１５２～１６９°，滚动角为１～９°。当涂料为透明时，制成膜的可见光透过率为８０～９４％。本发明专利技术还公开了上述超疏水纳米复合涂料的制备方法。本发明专利技术提供的纳米复合涂料不仅超疏水性优异，产品价格低廉，还可通过减少疏水二氧化硅和疏水高分子材料的含量获得很高的透明性，且制备工艺设备简易，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超疏水涂料及其制备
，具体涉及一种超疏水纳米复合涂料及 其制备方法。
技术介绍
超疏水材料因其在防水、自清洁、船体减阻、微量液滴无损失传递、微流系统等领域中具有实际的应用价值，使其成为了最近几年来科学研究的热点。超疏水材料通常需要达到两个要求一是水滴在材料表面的接触角需达到150° 以上，二是水滴在材料表面的滚动角需小于10°。而要使制备的超疏水材料达到这样的要 求需要满足两个关键条件一是材料表面有足够的粗糙度，特别是具有微纳米的双重尺度 结构，二是材料为疏水性材料，具有足够低的表面能，即通常情况下，水滴在平滑的表面物 质上的接触角能达到90°以上。为了实现这两个条件，目前的主要方法是先构筑一定程 度的表面粗糙度，然后再在粗糙表面物理或化学层积一层低表面能的物质，或者直接使低 表面能物质具有一定程度的表面粗糙度。对于前一类方法而言，如荷兰科学家就利用粒径 为70nm的经氨化后的二氧化硅粒子与粒径为700nm的经环氧化处理的二氧化硅粒子之间 的相互反应，首先得到了在大颗粒表面有许多小颗粒的双重尺度的粗糙度结构，然后在其 表面修饰氨化后的聚二甲基硅氧烷从而得到具有超疏水的低表面能表面(Ming，W.，D.ffu, et al. (2005). “ Superhydrophobic films fromraspberry-1ike particles. " Nano Letters 5(11) :2298_2301.)。而韩国科学家是通过湿化学自组装技术先将纳米尺度的 碳纳米管修饰到具有微米尺度的聚苯乙烯的单层胶质晶体上面，然后用氟硅烷进行修饰 得到低表面能的超疏水表面(Li，Y.，X.J.Huang，et al. (2007). “ Superhydrophobic bionic surfaces with hierarchical microsphere/SWCNT compositearrays. " Langmuir 23(4) :2169-2174.)。而法国科学家则是先通过电化学层积生长得到ZnO纳米线 阵列，然后对其进行硬脂酸修饰后得到了超疏水表面(Pauporte，Τ. , G. Bataille, et al. (2010). “ Well-Aligned ZnO Nanowire Arrays Prepared by Seed-L ayer-FreeElectrodeposition and Their Cassie-ffenzel Transition after Hydrophobization. " Journal ofPhysical Chemistry C 114(1) :194_202·)。但这些方 法至少需要两个工艺过程，因而操作流程多，生产线长，不利于提高工业生产的工效。对 于后一类方法而言，如意大利科学家通过在CF4气氛中，用等离子刻蚀的办法在聚二甲基 硅氧烷表面得到同时具有不同微纳米尺度的粗糙度以及低能量的超疏水表面(Cortese， B. , S. D ‘ Amone, et al. (2008). “ Superhydrophobicity due to the hierarchical scale roughness of PDMS surfaces. " Langmuir24(6) :2712_2718.)；美国科学家以孔 径为0.6 3.0 Tm的聚碳酸酯为模板，在疏水聚丙烯基体上面进行热处理压印，得到了超疏 水聚丙烯表面(Hsu, S. H. and W. Μ. Sigmund (2010). “ Artificial Hairy Surfaces with a Nearly Perfect Hydrophobic Response. " Langmuir26 (3) 1504-1506. ) ；土耳其禾斗学 家通过将聚丙烯在其良溶剂和不良溶剂里面进行相分离，直接得到了表面多孔的聚丙烯Μ^σΚ^Μ (Erbil, H. Y. ， Α. L. Demirel, et al. (2003). “ Transformation of a simple plastic into a superhydrophobic surface. 〃 Science 299(5611) :1377_1380·)；中国 台湾科学家通过三乙氧基甲基硅烷和四乙氧基硅烷的溶胶凝胶方法得到疏水表面(Sheen， Y. C. ,W. H. Chang, et al. (2009). “ Non-fluorinatedsuperamphiphobic surfaces through sol-gel processing of methyltriethoxysi lane andtetraethoxysilane. " Materials Chemistry and Physics 114(1) =63-68. ) 0由于这些方法或需要复杂的设备仪器(等离 子处理，电纺丝，模板法等)或复杂工艺手段(相分离，溶胶凝胶法等)来实现，因而局限太 大，难以广泛推广应用。另外，当超疏水材料作为透明基体材料的表面材料使用时，一方面超疏水材料本身的透明性会直接影响基体材料的透明性，另一方面因超疏水材料的制备需要材料表面具 有一定的粗糙度，而粗糙度的增加会使材料对可见光的反射吸收增加，从而导致材料透明 性的降低，因此也限制了超疏水材料作为需要整个材料透明的使用场合的表面材料使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种新的超疏水纳米复合涂料， 该复合涂料不仅疏水性能优异，且成本低廉。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述超疏水纳米复合涂料的方法，该方法配方 简单、制备容易，生产成本低。本专利技术提供的超疏水纳米复合涂料，其特征在于该涂料中各组分配比按质量百 分比计为疏水改性二氧化硅0. 5 10. 5%，疏水高分子材料0. 2 5. 4%，溶剂86. 5 99.3%，且水滴在用该涂料制成的膜表面上的接触角为152 169°，滚动角为1 9°。而透明的超疏水纳米复合涂料中各组分的配比按质量百分比计为疏水改性二氧 化硅0. 5 3. 1 %，疏水高分子材料0. 2 0. 8%，溶剂96. 1 99. 3%，且所获得的用该涂 料制成膜的可见光透过率可达到80 94%。上述涂料中的疏水二氧化硅的粒径为10 100nm。上述涂料中的疏水高分子材料为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯或氟化聚氨酯中 的任一种。其中氟化聚氨酯可按文献Tan，H.，X. Y. Xie, et al. (2004). “ Synthesis and surfacemobility of segmented polyurethanes with fluorinated side chains attached to hard blocks. “ Polymer 45(5) 1495-1502.公开的方法合成的。上述涂料中的溶剂是能够同时使疏水纳米二氧化硅和疏水高分子材料获得均勻 分散(溶解或者溶胀)的溶剂，具体可选用甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺或 N，N- 二甲基甲酰胺中的任一种。本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水纳米复合涂料，其特征在于该涂料中各组分配比按质量百分比计为：疏水改性二氧化硅０．５～１０．５％，疏水高分子材料０．２～５．４％，溶剂８６．５～９９．３％，且水滴在用该涂料制成的膜表面上的接触角为１５２～１６９°，滚动角为１～９°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈枫，何周坤，傅强，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]