一种具有自洁能力的涂层材料及其制备方法技术

技术编号：39948574 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-08 23:07

本发明专利技术提供一种具有自洁能力的涂层材料及其制备方法。所述涂层材料包括：以FAS(全氟辛基三乙氧基硅烷)、纳米二氧化硅、PDMS‑OH(端羟基聚二甲基硅氧烷)为主要疏水原料，再添入合适比例的混合醇溶剂进行水解反应与稀释，反应完全后即可得到疏水纳米涂层材料。本发明专利技术的涂层材料具有较高的水接触角，且制备流程简便、可操作性强，不需要高温煅烧、冷冻干燥等复杂工艺，应用时不需要对基材表面进行特殊处理，可通过擦涂、旋涂、辊涂、浸涂等方式施工，在玻璃、漆面、石材、光伏、建筑等的防污自洁方面具有广阔的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自清洁材料领域，具体涉及一种具有自洁能力的涂层材料及其制备方法。

技术介绍

1、基材在使用的过程中，会附着环境中的污染物。长期处于这种环境下，堆积在基材表面的污染物，会侵蚀基材形成污点。这样不仅会影响基材的清洁度和外观，甚至会严重降低基材的使用期限。为了解决这一难题，自清洁涂层技术得到了广泛的关注。

2、人们通过观察荷叶表面的水滴效应、天鹅的防水羽翼开始初步探索自洁材料，经过长期研究，疏水材料作为代表性的自洁材料被广泛关注，通过形成低表面能、构造纳米级表面粗糙度来获得高效的疏水材料。当液滴落在疏水材料表面时，在重力和表面疏水特性的影响下，液滴在滚落的过程中黏附无机颗粒，从而去除表面污染物，达到自洁效果。

3、针对疏水材料的研究，应用较为广泛的有脂肪酸金属皂、石蜡、聚烯烃、有机硅树脂、氟碳聚合物等。石蜡、树脂类材料虽具有较好的疏水效果，但在高温环境的不稳定性影响其在实际中的应用。已有大量的文献与专利证实氟基类材料可有效降低物体表面能，增大固液接触角。但是氟基类材料长期暴露在空气中容易发黑。较为先进且环保的疏水材料主要由有机-无机杂化材料结合而成，最为典型的为烷氧基硅烷类材料，其不含氟，且具有高疏水性的硅氧烷链状的结构，对环境污染小，且由于其粘滞性，不仅可以增强涂层的抗性，还能保护材料中的主要疏水成分及增强对于基材的附着力。相较于其他疏水材料而言，本专利技术成功地将fas(全氟辛基三乙氧基硅烷)、纳米二氧化硅、pdms-oh(端羟基聚二甲基硅氧烷)相互结合，利用氟基、硅氧烷链的协同作用来实现高疏

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种具有自洁能力的涂层材料。

2、所述涂层材料主要以fas(全氟辛基三乙氧基硅烷)、纳米二氧化硅、pdms-oh(端羟基聚二甲基硅氧烷)为原材料，将这些疏水原料添入混合醇溶剂中进行水解得到反应液，再将其与稀释液混匀后得到疏水纳米涂层材料。

3、除此外，本专利技术还提供了该涂层材料的制备方法。

4、步骤1：首先量取fas、sio2、pdms-oh中的一种或多种，按1∶1～10∶1～10比例混合，再按1∶1～10比例添入混合醇水解液，调节ph至1～4进行搅拌，搅拌速度为100～200r/min，反应温度控制在20～35℃，搅拌时间为1～10h，反应完成后即得到疏水水解液，所述fas的质量浓度为90～100％，所述纳米二氧化硅质量浓度为5～50％，所述pdms-oh的质量浓度为90～100％；混合醇水解液中去离子水∶甲醇∶丁二醇∶盐酸的比例为1∶1～10∶1～10∶1～10；

5、步骤2：在步骤1反应结束后，将混合醇稀释液按1∶1～20加入到步骤1所述的疏水水解液中，所述混合醇稀释液中丙二醇∶乙醇∶丙二醇甲醚比例为1∶1～20∶1～20；在温度为20～35℃下匀速振荡搅拌10～120min，搅拌速度为100～200r/min，反应结束后即为疏水涂层材料；

6、步骤3：用海绵蘸取疏水涂层材料，采用擦涂、浸涂、辊涂等方式，涂覆在清洗干净的玻璃表面，在室温下即可固化，固化时间10～120min，固化后在室温静置24-48h即可形成膜层。

7、按照上述的材料组成及比例与工艺流程即可获得该种具有自洁能力的涂层材料。

8、综上所述，本专利技术技术方案具有如下特点：

9、本专利技术选择fas(全氟辛基三乙氧基硅烷)作为其中之一的疏水原料归因于其具有独特长链状si-c-f结构，从而具有优异疏水特性。且在适当的水解条件下，si-o-c2h5中的c-o键会断裂形成si-oh键，再进一步脱水缩合，形成si-o-si结构，从而紧密附着在基材表面。为进一步提升疏水效果，引入pdms-oh(端羟基聚二甲基硅氧烷)，由于聚二甲基硅氧烷中包含长链含甲基的疏水基团，且此材料经过羟基封端，使其能在水解过程中更好与si-oh进行脱氢缩合交联也可形成si-o-pdms结构，进而提升疏水效果；且其胶状特性还能进一步增强涂层的韧性，为涂层整体性能带来更大的优势。最终，在反应完全后，形成f-c-si-o-pdms的长链状结构，大幅提升疏水性，且随着硅氧键的相互脱氢缩合，形成致密网状结构，助于提高对基材的粘附力，引入的sio2纳米颗粒不仅可以构造凹凸纳米粗糙表面，进一步提升疏水性，还能增强涂层硬度。本专利技术的涂层材料具有高水接触角，且制备流程简便、可操作性强，不需要高温煅烧、冷冻干燥等复杂工艺，对于基材表面不需要进行复杂特殊处理，可通过擦涂、旋涂、辊涂、浸涂等方式实现，同时易于大规模制备与应用，具有广阔的应用前景。

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【技术保护点】

1.一种具有自洁能力的涂层材料，其特征在于，所述涂层材料主要以FAS(全氟辛基三乙氧基硅烷)、纳米二氧化硅、PDMS-OH(端羟基聚二甲基硅氧烷)为原材料，将这些疏水原料添入混合醇溶剂中进行水解得到反应液，再将其与稀释液混匀后得到疏水纳米涂层材料。

2.一种如权利要求1所述的涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

【技术特征摘要】

1.一种具有自洁能力的涂层材料，其特征在于，所述涂层材料主要以fas(全氟辛基三乙氧基硅烷)、纳米二氧化硅、pdms-oh(端羟基聚二甲基硅氧烷)为原材料，将这些...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡新将，蒋一凡，洪佳铭，谭小飞，张敏，李江，李美芳，刘少博，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：

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