[發明專利]一種基于微/納米無機粒子協同增強氟碳樹脂的超疏水涂料的制備方法

有效

• 申請號: 202010055504.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111138917B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 孫友誼;齊春紅;陳賀;劉亞青
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C09D127/12
• 分類號: C09D127/12;C09D7/62;C09D5/08;C09D5/16;C01B33/12
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 楊斌華

一種基于微/納米無機粒子協同增強氟碳樹脂的超疏水涂料的制備方法，屬于有機/無機復合超疏水材料技術領域，可解決傳統超疏水表面存在機械穩定性差，且超疏水性和機械結構穩定性難以同時優化的問題，具體制備過程包括如下步驟：（1）采用微乳液法合成具有不同尺寸的花狀多級結構二氧化硅微球，以及對其表面進行化學改性烷基化，同時對納米二氧化硅表面進行化學改性烷基化；（2）將上述改性微/納米二氧化硅粒子直接加入到油性樹脂中共混制備得到超疏水涂料。該涂料不僅制備和噴涂工藝簡單，可室溫固化，且涂層具有優異的超疏水性能、機械穩定性和化學穩定性，以及優異的防結冰性能，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于有機/無機復合超疏水材料技術領域，具體涉及一種基于微/納米無機粒子協同增強氟碳樹脂的超疏水涂料的制備方法。

背景技術

近年來，由荷葉所啟發的超疏水表面在防腐、減阻、油水分離、防霧以及防結冰等領域得到了廣泛的應用。超疏水表面一般是指材料表面具有穩定的防水性，其對水的接觸角要大于150°，滾動接觸角小于10°。聚合物基超疏水涂料可以采用噴涂法制得超疏水涂層，相對超疏水表面其他制備方法，工藝簡單，可大面積制備，成為目前超疏水表面領域研究和應用的熱點。聚合物基超疏水表面主要基于高表面粗糙度和低表面能物質所產生的。由于無機納米粒子易于在涂層中構建粗糙結構且容易被低表面能物質所修飾，因而無機粒子作為添加劑來提高聚合物基涂層的超疏水性主要方法之一。

超疏水性和機械結構穩定性是超疏水表面或涂層的兩個關鍵技術指標，也是聚合物基超疏水涂料能否得到廣泛工程化應用的關鍵點。然而，傳統超疏水表面還存在機械穩定性差，且超疏水性和機械結構穩定性難以同時優化的矛盾問題。比如，可以通過提高無機納米粒子摻雜濃度來增加涂層表面粗糙度，從而增加超疏水性；而后，高濃度摻雜無機納米粒子，降低涂層的韌性和基底之間附著力，同時大的表面粗糙度容易在外力作用下發生破壞，從而失去超疏水。

發明內容

本發明針對傳統超疏水表面存在機械穩定性差，且超疏水性和機械結構穩定性難以同時優化的問題，提供一種基于微/納米無機粒子協同增強氟碳樹脂的超疏水涂料的制備方法。

本發明設計合成得到具有低表面能超疏水性花狀二氧化硅微米粒子，結合低表面能超疏水性二氧化硅納米粒子，協同摻雜氟碳樹脂涂層，構筑得到低表面粗糙度和表面能的超疏水表面，具有優異的粘合強度、機械穩定性、能夠耐受多次磨損循環、高溫以及高腐蝕性，在防腐、防污、防結冰等領域有廣泛應用前景。

本發明采用如下技術方案：

一種基于微/納米無機粒子協同增強氟碳樹脂的超疏水涂料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，低表面能花狀二氧化硅微球的制備：

（1）花狀二氧化硅微球的制備：

將表面活性劑A、尿素和去離子水按質量比為0.1~5:1:100~200的比例充分混合后形成均一混合溶液A；將正硅酸乙酯、環己烷和助催化劑按質量比為1:10~20:1~3的比例充分混合后形成均一的混合溶液B，在600rpm~1000rpm的攪拌速度下，將混合溶液B加入到混合溶液A中，形成均勻的混合溶液C；

將混合溶液C在100-140℃條件下反應3-7h，反應結束后，冷卻至室溫，用乙醇和水充分洗滌，于60℃烘箱中干燥后得到花狀二氧化硅微球；

（2）花狀二氧化硅微球的表面修飾：

將花狀二氧化硅微球分散于甲苯中，再加入低表面能的表面改性劑B，在90℃~120℃下反應12~24h，反應結束后，冷卻至室溫，采用抽濾獲得產物，并使用甲苯和無水乙醇進行反復沖洗，置于60~75℃烘箱中進行干燥后獲得疏水改性的花狀二氧化硅微球，其中，甲苯、花狀二氧化硅微球和表面改性劑B的質量比為5~20:1:0.5~5；

第二步，低表面能二氧化硅納米粒子的制備：