[發明專利]一種含氟碳鏈納米超雙疏涂料的制備方法

有效

• 申請號: 201310428263.8
• 申請日: 2013-09-20
• 公開（公告）號: CN103450727A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 邢孟江
• 申請（專利權）人: 云南銀峰新材料有限公司
• 主分類號: C09D5/00
• 分類號: C09D5/00;C09D1/00;C09D4/02;C09D7/12
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技術領域

本發明涉及一種含氟碳鏈納米超雙疏涂料的制備方法，屬于高端涂料領域。

背景技術

現代涂料是高分子材料為主體，以有機溶劑、水或空氣為分散介質的多種物質的混合物，是一種流動狀態或粉末狀態的物質，能夠均勻地覆蓋和良好地附著在物體表面形成固體薄膜，它是一類具有基材防護、裝飾、標志及其他特殊功能的精細化工材料。涂料范圍很廣，既包括了傳統的油漆，也包括利用各種合成樹脂為主要原料生產的溶劑型涂料和水性涂料。由于涂料的功能很多，目前市售涂料也有很多種類，如環氧樹脂涂料、聚氨酯涂料、過氯乙烯涂料等等。而具有疏水疏油性的涂料，如超雙疏涂料，是航空航天、航海、軍事、建筑建材、電力、紡織、皮革、包裝、廚衛用具、管道、金屬加工等各個領域表面涂裝材料的高端應用典范，因此，超雙疏涂料具有重要的研究價值與廣闊的應用前景。

數年前，人們依據對自然界中自清潔仿生表面的研究成果，展開了超雙疏材料的研發。早期研究表明，當粗糙表面的接觸角大于90°時，接觸角會隨著表面粗糙程度的增加而增加。而荷葉效應的發現，為超雙疏材料翻開了新的一章，如果表面能形成納米尺寸幾何形狀互補（如凸與凹相間）的雙微觀界面結構，由于納米尺寸低凹的表面可使吸附的氣體分子穩定存在，猶如在表面鋪設了一層穩定的氣體薄膜，使油或水無法與材料的表面直接接觸，就能使材料表面呈現超常的雙疏特性。

事實上超疏水疏油自潔表面的研究已有較多的報道，制備超雙疏材料的方法也有很多種，如：模板法、粒子填充法、選擇溶劑的相分離法、表面微加工、自組裝法等等。但是，以上方法要么工藝復雜，要么產品質量難以保證，要么成本高昂無法實現產業化，所以如何盡可能簡單、經濟實現超雙疏界面的技術是表面材料領域不可逾越的難題。本發明正是在這樣的背景下，在自組裝法基礎上提出一種既簡單又經濟的構筑超雙疏表面的涂料制備方法。

發明內容

本發明針對目前制備超雙疏材料方法的局限性和實用性，制備兩層面漆以構筑超雙疏表面。該技術把超雙疏理論引入到涂料制備工藝中，首先通過引入不同粒徑的納米粒子，自組裝吸附成草莓狀復合粒子，然后在基底表面構建雙微觀荷葉表面結構，最后在荷葉表面結構涂敷低表面能保護性材料使雙疏性能和環境適應性得到進一步加強。

具體而言，首先通過（環氧丙氧基）烷基三烷氧基硅烷和氨基烷基三烷氧基硅烷分別改性不同粒徑的SiO₂，然后自組裝得到類似草莓結構的SiO₂復合納米粒子，該草莓狀復合粒子能夠在表面形成0.7～3μm大的凸起，而凸起上又布滿了70～250nm小粒子形成的小凸起，從而使涂料表面形成類似荷葉雙微觀表面結構。而后引入的含氟碳鏈材料具有長C-F鏈段，能夠在表面富集形成定向排列，即長C-F鏈段在表面，非C-F鏈段在內部的定向排列。其中，全氟烷基（或多氟碳鏈烷基）三烷氧基硅烷的非C-F鏈段水解后形成Si-OH與第一層面漆的Si-OH形成氫鍵，提高了二者的吸附力，而含氟碳鏈丙烯酸酯經過預聚反應形成含氟碳鏈丙烯酸酯預聚體，在面漆刷上后隨時間形成含氟碳鏈丙烯酸酯均聚物，能夠提供表面足夠的抗環境性、抗老化性和力學性能。

本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的。其包括以下步驟：

A.?第一遍面漆的制備

向酒精水溶液中按照10~20wt%?加入濃度為28wt%的氨水，使混合溶液PH=9~10；接著向混合溶液中滴加3~5wt%?正硅酸乙酯，在60~80℃攪拌，均質，得到SiO₂懸浮液；向SiO₂懸浮液中加入0.3~0.5wt%?氨基烷基三烷氧基硅烷，在室溫攪拌10~12小時，得到經氨基烷基三烷氧基硅烷改性的SiO₂懸浮液。

按照5~8wt%?的量將550nm~750nm的氣相二氧化硅加入另外的酒精水溶液中進行分散，分散均勻后按照4~8wt%?的量加入烷基三烷氧基硅烷，在室溫攪拌10~12小時，得到經烷基三烷氧基硅烷改性的SiO₂懸浮液。

將經氨基烷基三烷氧基硅烷改性的SiO₂懸浮液和經丙基三烷氧基硅烷改性的SiO₂懸浮液按照質量比1:1混合攪拌，然后加入3~5?wt?%?的粘接劑，混合均勻后升溫至60℃，保溫4~6小時，得到類似草莓結構SiO₂復合納米粒子的濃縮懸浮液，即為第一遍面漆。

所述分散系的酒精水溶液按體積比酒精:?水=1:?1配置。

所述添加正硅酸乙酯的方式為滴加，可以保持反應物的饑餓度，加速水解反應。