阅读说明：本技术 一种超疏水涂料及其制备方法和应用 (Super-hydrophobic coating and preparation method and application thereof ) 是由 余尚辰 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超疏水涂料及其制备方法和应用,本发明通过疏水性树脂、疏水性树脂的良溶剂、有机硅烷、聚苯乙烯、光引发剂、交联剂、固化剂等原料之间的交联固化作用,经过高速分散、水浴反应等步骤制得具有超疏水效果额的涂料；本发明制备工艺简单,反应条件温和,所制备的超疏水涂层具有良好的结合力和耐磨性,具有广泛的生产、生活应用前景。(The invention discloses a super-hydrophobic coating and a preparation method and application thereof.A coating with super-hydrophobic effect is prepared by the steps of high-speed dispersion, water bath reaction and the like through the crosslinking and curing actions among raw materials such as hydrophobic resin, good solvent of the hydrophobic resin, organosilane, polystyrene, photoinitiator, crosslinking agent, curing agent and the like; the preparation method is simple in preparation process and mild in reaction conditions, and the prepared super-hydrophobic coating has good binding force and wear resistance and has wide production and life application prospects.)

一种超疏水涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及疏水涂料技术领域，具体的涉及一种超疏水涂料及其制备方法和应用。

背景技术

超疏水状态定义为小水滴在疏水表面静态接触角大于150°，同时滚动角小于10°的超浸润状态。自然界中的荷叶表面、水黾腿部、蝴蝶翅膀、玫瑰花瓣等因它们表面独特的微米/纳米分级粗糙结构和化学组成，具备优异的超疏水性，从而具备了在一定环境条件下的生存优势。基于仿生理论，近来超疏水表面的制备研究成为一大热点。超疏水表面特有的超浸润特点使得超疏水材料具有的自清洁、减阻、防水、防雾、防结冰、微流控等功能，在航空、航海、能源、建筑、电子、防腐、传感器、流体输送等领域均拥有广阔的应用前景。

超疏水的特性是由材料表面的化学组成和粗糙度共同决定的，低的表面自由能和适宜的粗糙度是制备超疏水表面的两个不可或缺的因素。基于该理论，目前研究人员开发出了许多方法来制备超疏水表面，主要可以分为两类。一类是“自上而下”的方法，包括等离子体刻蚀、湿法刻蚀、机械加工、压印、激光烧蚀等；另一类是“自下而上”的方法，包括静电纺丝、电化学氧化、化学氧化、水热合成、溶胶-凝胶、喷涂等方法。但是，现有的大多方法存在生产设备昂贵、原料价格高昂、制备流程冗长、工艺复杂等限制，难以实现由实验室制备到大规模生产应用的转化。

目前，科研工作者已开发出了多种超疏水涂层制备方法，例如：气相沉积法、模板法、表面刻蚀法、自组装法等；然而，这些方法有各自的优缺点。其中，在制备超疏水涂层时，气相沉积法所用设备昂贵，模板法制备效率较低，刻蚀法处理效果稳定性差，自组装法工序复杂，且部分制备方法需要经高温固化处理等。此外，这些方法所制备超疏水涂层的机械稳定较差，受到刮擦易失去超疏水性能。以上这些缺点，在一定程度上限制了超疏水涂层的应用。

研究一种条件温和、工艺简单、超疏水效果优异、机械稳定性好的超疏水涂料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超疏水涂料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

超疏水涂料，由如下重量份的原料组成：疏水性树脂10-25份、疏水性树脂的良溶剂20-30份、有机硅烷1-10份、聚苯乙烯5-10份、光引发剂1-5份、交联剂2-8份、固化剂5-10份。

进一步，所述疏水性树脂由聚四氟乙烯树脂、氟碳树脂、聚丙烯酸树脂和氟化改性聚氨酯中的一种或多种组成。

进一步，上述疏水性树脂良溶剂由乙醇、四氢呋喃、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种组成。

采用上述进一步的有益效果在于，本发明充分利用疏水性树脂中分子偏向于非极性的性质，使其充分溶解在本发明采用的疏水性树脂良溶液中且分散十分均匀，本发明采用的疏水性树脂能够使水聚成一团进而能够充分疏散水分子，水分子在本发明疏水性树脂中更有秩序地排列，并较被其它水分子完全包围时处于较高能级，通过两个非极性链的相互作用接触面；从而增大静态接触角，且降低滚动角。

进一步，上述有机硅烷由四甲基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、甲硅烷、三乙基硅烷中的一种或多种组成。

采用上述进一步的有益效果在于，本发明才有的有机硅烷具有良好的非极性性质，能够起到对水分子的排斥，进而辅助本发明采用的疏水性树脂起到超疏水作用。

进一步，上述光引发剂由二苯基乙酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮、双苯甲酰基苯基氧化膦中的一种或多种组成。

采用上述进一步的有益效果在于，本发明采用光引发剂使本发明原料产生大量自由基和氧离子，从而能够引发本发明原料进行交联固化反应。

进一步，上述交联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。

进一步，上述固化剂由多异氰酸酯、甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷中的一种或多种组成。

采用上述进一步的有益效果在于，本发明采用的固化剂能够通过光引发剂的作用于本发明疏水性树脂形成交联反应，进而使本发明涂料在使用时在短时间内即可烘干固化，形成稳定的超疏水涂层，有效增加本发明疏水性涂料的疏水性能。

本发明还提供了上述，超疏水涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按重量份数称取各原料，将称好的疏水性树脂和固化剂溶于良溶剂中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将有机硅烷、聚苯乙烯、光引发剂和交联剂添加到疏水性树脂溶液中，在15000-25000r/min的条件下高速分散40min-60min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在20-45℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应2-12小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置10-80min，得到超疏水涂料。

进一步，本发明还提供了包含上述超疏水涂料的超疏水涂层的制备方法，具体为：将超疏水涂料对清洗后的基底浸泡5-20min之后，在70℃-150℃下烘干固化20min-70min即在基底上形成透明的超疏水性涂层。

更进一步，上述基底材料为纺织物、木制器材、纸张、金属或布料。

采用上述进一步的有益效果在于，本发明的超水水涂料能够应用于各个领域，尤其对纺织物和布料具有十分优异的疏水性能，本发明通过浸泡烘干等操作，使本发明超疏水涂料在基底上形成一层透明的超疏水涂层，达到了优秀的防水疏水功能。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：本发明提供的超疏水涂料，原料廉价易得，制备工艺条件简单，通过简单的浸泡即可对多种基底进行处理，进而固化得到超疏水涂层；水在本发明超疏水涂层表面的接触角均大于155°左右；同时，对于基底材料可通过反复浸泡-固化的方式增加涂层厚度，提升超疏水涂层的耐用性能。本发明选取的有机溶剂，与传统涂料用的苯类等有机溶剂相比，毒性低，对环境污染小，大大降低了对环境的影响。本发明制备的超疏水涂料形成的涂层耐磨性好、自清洁能力强、柔韧性良好、与基材结合较好，具有广泛的生产、生活应用前景。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

超疏水涂料：

(1)称取聚四氟乙烯树脂25kg、四氢呋喃30kg、三乙基硅烷1kg、聚苯乙烯5kg、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮1kg、乙烯基三乙氧基硅烷8kg、二异氰酸酯10kg，将称好的四氟乙烯树脂和二异氰酸酯溶于良四氢呋喃中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将三乙基硅烷、聚苯乙烯、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮和乙烯基三乙氧基硅烷添加到疏水性树脂溶液中，在25000r/min的条件下高速分散 40min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在20℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应12小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置10min，得到超疏水涂料。

(4)将超疏水涂料对清洗后的纺织物浸泡20min之后，在150℃下烘干固化70min即在纺织物上形成透明的超疏水性涂层。

实施例2

超疏水涂料：

(1)称取聚丙烯酸树脂5kg、氟化改性聚氨酯5kg、N-甲基吡咯烷酮20kg、甲硅烷5kg、三乙基硅烷5kg、聚苯乙烯10kg、二苯基乙酮2kg、异丙基硫杂蒽酮1kg、双苯甲酰基苯基氧化膦2kg、乙烯基三乙氧基硅烷2kg、甲基三乙氧基硅烷3kg、丙基三乙氧基硅烷2kg，将称好的聚丙烯酸树脂、氟化改性聚氨酯和甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷混合溶于N-甲基吡咯烷酮中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将甲硅烷、三乙基硅烷、聚苯乙烯、二苯基乙酮、异丙基硫杂蒽酮和乙烯基三乙氧基硅烷添加到疏水性树脂溶液中，在15000r/min的条件下高速分散60min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在45℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应2小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置80min，得到超疏水涂料。

(4)将超疏水涂料对清洗后的布料浸泡5min之后，在70℃下烘干固化 70min即在布料上形成透明的超疏水性涂层。

实施例3

超疏水涂料：

(1)称取氟碳树脂18kg、丙酮26kg、十七氟癸基三乙氧基硅烷8kg、聚苯乙烯7kg、二苯基乙酮2kg、异丙基硫杂蒽酮2kg、乙烯基三乙氧基硅烷6kg、丙基三乙氧基硅烷7kg，将称好的氟碳树脂和丙基三乙氧基硅烷溶于丙酮中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将十七氟癸基三乙氧基硅烷、聚苯乙烯、二苯基乙酮、异丙基硫杂蒽酮和乙烯基三乙氧基硅烷添加到疏水性树脂溶液中，在18000r/min的条件下高速分散45min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在30℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应8小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置45in，得到超疏水涂料。

(4)将超疏水涂料对清洗后的金属板浸泡15min之后，在130℃下烘干固化60min即在金属版上形成透明的超疏水性涂层。

实施例4

超疏水涂料：

(1)称取氟化改性聚氨酯22kg、乙醇22kg、十七氟癸基三乙氧基硅烷 5kg、聚苯乙烯8kg、苯甲酰基苯基氧化膦3kg、乙烯基三乙氧基硅烷4kg、甲基三乙氧基硅烷7kg，将称好的氟化改性聚氨酯和甲基三乙氧基硅烷溶于乙醇中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将十七氟癸基三乙氧基硅烷、聚苯乙烯、苯甲酰基苯基氧化膦和乙烯基三乙氧基硅烷添加到疏水性树脂溶液中，在22000r/min的条件下高速分散50min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在35℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应6小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置50min，得到超疏水涂料。

(4)将超疏水涂料对清洗后的纺织物浸泡15min之后，在120℃下烘干固化40min即在纺织物上形成透明的超疏水性涂层。

实施例5

超疏水涂料：

(1)称取聚四氟乙烯树脂10kg、聚丙烯酸树脂10kg、乙醇15kg、N，N-二甲基甲酰胺10kg、四甲基硅烷3kg、聚苯乙烯9kg、硫代丙氧基硫杂蒽酮 3kg、乙烯基三乙氧基硅烷6kg、甲基三乙氧基硅烷3kg、辛基三甲氧基硅烷 3kg、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷3kg，将称好的聚四氟乙烯树脂、聚丙烯酸树脂和甲基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷溶于乙醇和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，得到疏水性树脂溶液；

(2)将四甲基硅烷、聚苯乙烯、硫代丙氧基硫杂蒽酮和乙烯基三乙氧基硅烷添加到疏水性树脂溶液中，在16000r/min的条件下高速分散40min，得到混合均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)中得到的悬浮液放入密闭容器中，在40℃的恒温水浴锅中加热，并在氮气的保护下开启磁力搅拌，充分反应10小时之后，将容器内形成的反应物倒出，于常温下静置60min，得到超疏水涂料。

(4)将超疏水涂料对清洗后的布料浸泡10min之后，在90℃下烘干固化 50min即在布料上形成透明的超疏水性涂层。

试验例

对本发明实施例1-5制得的附有超疏水涂层的基底材料与市售超疏水材料采用接触角测试仪测量对液滴的接触角和滚动角，结果如表1所示。

表1本发明超疏水涂层和市售材料测量结果

由表1数据可知，本发明制备的超疏水涂料在应用于纺织物、木制器材、纸张、金属或布料方面能够起到优秀的疏水效果，并且疏水性能远高于现有技术。