[發(fā)明專利]一種環(huán)保型有機(jī)無機(jī)雜化涂料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910042268.0
• 申請(qǐng)日: 2009-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN101649152A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文秀芳;華軍利;皮丕輝;程江;楊卓如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09D133/12
• 分類號(hào): C09D133/12;C09D7/12;C08F220/14;C08F2/22;B05D7/26
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李衛(wèi)東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)無機(jī)雜化涂料，具體涉及一種環(huán)保型有機(jī)無機(jī)雜化涂料及其制備方法，該涂料可以用于制備有機(jī)無機(jī)雜化超疏水涂層。

背景技術(shù)

有機(jī)無機(jī)雜化材料是一種分散均勻的多相材料，兼?zhèn)溆袡C(jī)聚合物或無機(jī)聚合物的性能優(yōu)勢(shì)，其有機(jī)相與無機(jī)相尺寸均在納米范圍內(nèi)，有的甚至是分子水平級(jí)的，這種高度精細(xì)的混合使得雜化材料在光學(xué)透明性、可調(diào)折射率、力學(xué)性能、耐高溫、耐磨損、柔韌性、功能性等方面表現(xiàn)出單一有機(jī)高分子材料或無機(jī)材料所不具備的優(yōu)越性能。

有機(jī)無機(jī)雜化材料的制備方法包括：溶膠凝膠法、插層法、納米微粒填充法、自組裝法和電解聚合法等。采用溶膠凝膠法來制備有機(jī)無機(jī)雜化材料的應(yīng)用最廣，研究十分活躍，這歸因于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：室溫或略高于室溫的溫和的制備溫度允許引入有機(jī)小分子、低聚物或高聚物而最終獲得具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化材料；在溶膠階段各組分以分子形式分散，所以獲得的雜化材料通常是納米復(fù)合材料，具備其他傳統(tǒng)材料所不具備的性質(zhì)。

有機(jī)無機(jī)雜化材料的溶膠凝膠合成途徑主要有四種：(1)無機(jī)溶膠與有機(jī)聚合物共混，該方法將有機(jī)小分子或聚合物簡(jiǎn)單包埋于無機(jī)機(jī)質(zhì)中，兩種組分之間無化學(xué)鍵的鏈接，兩相之間存在較明顯的界面，易發(fā)生相分離，并且在成型過程中容易發(fā)生團(tuán)聚而達(dá)不到納米尺度上的均勻分散；(2)無機(jī)相存在下單體聚合，也是現(xiàn)有的有機(jī)無機(jī)雜化涂料的主要制備方法，由于單體與聚合物間密度差異，這種方法會(huì)在材料中引起機(jī)械應(yīng)力和光學(xué)缺陷；(3)有機(jī)相與無機(jī)相形成同步互穿網(wǎng)絡(luò)，這種方法得到的材料具有更好的均一性，不發(fā)生相分離，且不溶性的聚合物也可以參與到有機(jī)無機(jī)網(wǎng)絡(luò)中來。但要使有機(jī)聚合物與無機(jī)前驅(qū)體水解、縮聚的反應(yīng)條件相匹配困難很大。(4)有機(jī)聚合物存在下形成無機(jī)相。采用該方法制備的有機(jī)無機(jī)雜化材料，在保持了有機(jī)高分子聚合物良好成膜性的基礎(chǔ)上，兼具有良好的機(jī)械性能。用這種方法制備的雜化材料目前主要只應(yīng)用于光學(xué)材料和陶瓷材料。

雖然目前超疏水型表面的制備和理論研究方面均取得了很大的進(jìn)展，已經(jīng)利用各種方法制備出了性能優(yōu)異的超疏水性表面，但是還存在著許多問題限制了超疏水技術(shù)的推廣和?應(yīng)用。如利用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法得到Al₂O₃或TiO₂或SiO₂薄膜，然后以含氟的硅烷試劑處理得到自清潔防生材料，以及采用激光刻蝕溶膠-凝膠TiO₂薄膜制備超疏水涂膜等方法都需要使用復(fù)雜的裝置，限制其在大面積工程的應(yīng)用；采用溶膠凝膠法制備硅溶膠涂覆在硅表面，高溫烘干后用全氟辛基三氯甲硅烷進(jìn)行表面修飾，制得具有微米納米雙層結(jié)構(gòu)的超疏水表面。該制備方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，無環(huán)境污染，但該方法需要高溫烘烤，涂膜附著力和機(jī)械強(qiáng)度難以達(dá)到要求，而且采用價(jià)格昂貴的全氟硅氧烷，使得生產(chǎn)成本較高。以疏水性聚合物作為前驅(qū)體，以不同孔徑及密度分布的多孔鋁板為模板，通過擠壓聚合物熔體或溶液的方法，制備出具有超疏水性表面的聚合納米纖維束的方法，因蜂窩狀多孔鋁板不易制備，且無法加工異型表面或大面積表面。采用化學(xué)濕選法，通過選擇合適的溶劑和溫度控制嵌段聚合物表面多孔結(jié)構(gòu)制備超疏水涂膜，也存在需要使用有機(jī)溶劑體系，以及涂層在底材表面的附著力差的局限等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在具備超疏水性能的同時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械性能的環(huán)境友好型有機(jī)無機(jī)雜化涂料及其制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低的超疏水涂層的制備方法。該涂層以聚合物乳液為成膜物質(zhì)，在有機(jī)相中原位生成的無機(jī)粒子提供涂膜的微觀粗糙度，并引入疏水性基團(tuán)，可用于制備有機(jī)無機(jī)雜化的超疏水涂層。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種環(huán)境友好型有機(jī)無機(jī)雜化涂料的方法，包括如下步驟和工藝條件：

(1)以重量份數(shù)計(jì)，取2～35份含羥基硅丙乳液，溶解于10～80份醇類溶劑中；所述醇類溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇或正丁醇；

(2)以重量份數(shù)計(jì)，在步驟(1)所得乳液中加入1～15份正硅酸乙酯，2～30份有機(jī)硅氧烷和0.5～10份堿性催化劑，室溫?cái)嚢?.5～2.5h，生成二氧化硅初級(jí)粒子；所述有機(jī)硅氧烷為Si(OR)₄和/或R’Si(OR)₃，其中，OR為可水解的烷氧基，R’為氨丙基，乙烯基，(甲基)丙烯酰氧基，甲基或環(huán)氧基；所述可水解的烷氧基為甲氧基，乙氧基或異丙氧基；

(3)在第二步的反應(yīng)體系中再加入1～10份的堿性催化劑，繼續(xù)攪拌3～6h，即得到有機(jī)無機(jī)雜化超疏水涂料；