[發(fā)明專利]耐磨超疏水納米二氧化鈦涂層的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610020392.7
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105602412A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王秀民;孫陽超;王洪兵;李春玲;王培;孫霜青;胡松青
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: C09D163/02
• 分類號: C09D163/02;C09D7/12;C09C1/36;C09C3/12
• 代理公司: 濟南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 張紅鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涂層的制備方法，具體涉及一種耐磨超疏水納米二氧化鈦涂層的制備方法。

背景技術(shù)

目前對于金屬腐蝕大多采用涂層防護的手段，當(dāng)前所采用的涂層其主要成分仍然為樹脂 類物質(zhì)。目前樹脂的發(fā)展很快，各種性能優(yōu)越的樹脂不斷涌現(xiàn)，在一定程度上延長了涂層的 使用壽命，但是在腐蝕因素較復(fù)雜的環(huán)境下，如在潮濕的腐蝕環(huán)境中，涂層容易發(fā)生起泡現(xiàn) 象，在紫外線照射嚴(yán)重的環(huán)境中，樹脂容易發(fā)生粉化現(xiàn)象等。近些年超疏水材料由于其獨特 的性能引起了科研工作者的大力關(guān)注，超疏水材料由于有著較低的表面自由能，對水有著極 強排斥力。因此其在自清潔、減阻、防水、防覆冰等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是目前功能 材料界研究的熱點之一。鑒于超疏水涂層的特殊性能，目前對于超疏水涂層在金屬腐蝕防護 領(lǐng)域的研究越來越廣泛，很多科學(xué)家探索各種方法來制備超疏水涂層，已經(jīng)形成了一系列的 制備工藝手段。制備超疏水涂層的本質(zhì)相同，可以歸結(jié)為以下兩點：1、涂層表面具有特定的 微納米結(jié)構(gòu)；2、涂層表面具有很低的表面自由能。目前常規(guī)的制備方法有兩種：一是在基材 (表面自由能較高的材料)上先構(gòu)筑微納米粗糙結(jié)構(gòu)，然后用低表面能物質(zhì)進行表面修飾； 二是在表面能低的物質(zhì)上直接構(gòu)筑微納米粗糙表面。

通過上述兩種方法制備的超疏水涂層耐磨性、耐久性很差，表面的粗糙結(jié)構(gòu)和修飾劑極 易遭到破壞，從而使得涂層喪失疏水性能，這樣的涂層疏水性能一旦遭到破壞，反而會加快 涂層的破壞，加速金屬基材的腐蝕。這也是目前超疏水涂層不能夠得到廣泛實際應(yīng)用的主要 原因之一。采用低表面能物質(zhì)對納米粒子進行表面修飾，能夠使納米粒子表現(xiàn)出優(yōu)良的超疏 水性能。science上有相關(guān)報道：將疏水性納米二氧化鈦粒子溶于酒精制成懸浮液進行涂覆， 干燥后所形成了疏水性能極好的納米粒子涂層，其最大特點是不用擔(dān)心微納米粗糙結(jié)構(gòu)被破 壞，因為整個涂層均是由疏水的納米顆粒所組成。但這種納米涂層存在的最大問題是：涂層 的層間附著力尤其是層內(nèi)結(jié)合力較差。因為涂層僅僅是由納米顆粒堆疊而成，當(dāng)受到較為強 烈的摩擦?xí)r，納米顆粒極易發(fā)生脫落。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種耐磨超疏水納米二氧化鈦涂層的制備方法，采用該方 法所制備得到的涂層，既保證了涂層的超疏水性能，又極大的提高了納米涂層的層間附著力 和層內(nèi)結(jié)合力。

一種納米二氧化鈦涂層的制備方法，依次包括以下步驟：

a將硅烷偶聯(lián)劑溶解在乙醇中，加熱攪拌反應(yīng)得到溶液，其中，硅烷偶聯(lián)劑與乙醇的質(zhì) 量比為0.5～1:50，加熱溫度為30～50℃；

b向步驟a所得溶液中加入納米二氧化鈦，攪拌、烘干溶液得疏水納米二氧化鈦粉末， 納米二氧化鈦與乙醇的質(zhì)量比為0.5～2:10；

c將一定量的樹脂和固化劑混合，并向其中加入稀釋劑將樹脂充分稀釋，得稀釋液，所 述樹脂與固化劑的質(zhì)量比為1～4:1；

d將步驟b所得納米二氧化鈦粉末加入至步驟c所得稀釋液中，超聲分散并充分攪拌， 使其中的納米二氧化鈦與樹脂充分接觸，得懸浮液，納米二氧化鈦粉末的加入量為樹脂質(zhì)量 的10～15倍；

e將步驟d所得懸浮液涂覆在基材上，充分烘干后即得疏水納米二氧化鈦涂層。

上述技術(shù)方案中，利用樹脂同偶聯(lián)劑的交聯(lián)反應(yīng)制備以疏水性納米二氧化鈦為涂層骨架、 以樹脂作為粘結(jié)劑制備超疏水納米涂層，采用高度稀釋的樹脂作為納米粒子的分散劑，借助 于樹脂的粘結(jié)力將納米顆粒粘結(jié)在一起，由于樹脂的用量選取得當(dāng)，既保證了涂層的超疏水 性能，又極大的提高了納米涂層的層間附著力和層內(nèi)結(jié)合力。

上述方案的反應(yīng)機理如下：

(1)硅烷偶聯(lián)劑(以三甲氧基硅烷為例)的水解機理如下：

①與硅相連的三個X基水解成相應(yīng)的硅醇

R-Si(OH)₃+3H₂O→R-Si(OH)₃+3CH₃OH

②硅醇縮合成齊聚物

(2)硅烷偶聯(lián)劑對TiO₂進行表面改性的機理如下：

(3)環(huán)氧樹脂固化交聯(lián)(以含一個氨基的固化劑為例)的機理如下：

①

②