[發明專利]一種超疏水涂料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110600013.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113292876B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 汪黎明;楊金嬋
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: C09D4/02
• 分類號: C09D4/02;C09D7/61;C09D4/00;C08G77/04;C09D183/04;D21H19/32;D21H19/20;D21H19/14;D06N3/12;D06N3/04;D06N3/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發明提供了一種超疏水涂料及其制備方法和應用。該涂料可以涂覆于柔性或者剛性材料表面，也可以涂覆于平整或者粗糙的塑料、金屬等材質基底上，能夠實現自清潔、防水、防凍、防霧、流體減阻和防腐蝕功能，可以被廣泛應用于建筑、家電、交通運輸、服裝、電子器件和液體運輸等領域。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種超疏水涂料及其制備方法和應用。

背景技術

超疏水涂層的制備肇始于人們對荷葉、玫瑰花瓣、沙漠甲蟲等自然界的極端潤濕現象的認識與研究，由于超疏水涂層具有自清潔、防覆冰、防腐、抗菌等優良性能，因而在玻璃、陶瓷磚瓦水泥、紡織品、金屬等基材的涂層上有廣泛的應用價值。制備超疏水表面通常從兩個方面著手，一是使用低表面能物質，例如聚二甲基硅氧烷、含氟化合物等；二是構造微納米復合粗糙結構。

相關技術中，制備超疏水表面的工藝通常復雜耗時，比如有的工藝中，基材需要經過打磨后再浸泡到酸液中刻蝕以形成一定的微納米結構。有的工藝中，玻璃需要先進行蒙砂處理獲得粗糙結構，再用硅烷在高溫條件下處理。此外，由于含氟化合物的表面能最低可低至15.0 mN/m，因此目前很多超疏水技術會使用含氟化合物，利用氟硅烷改性丙烯酸酯乳液來制備超疏水表面，但氟單體及其化合物價格高昂，難以應用到普通工業產品上。

有機硅在涂層中能表現出良好的疏水特性，例如聚二甲基硅氧烷，其分子鏈段柔順，具有低表面能和高鋪展性等表面特性，這些特性使其能夠用于表面改性和控制，但聚二甲基硅氧烷的分子間作用力弱，與基材的結合性差，機械強度低，易劃傷損壞，壽命短。而構造高粗糙度的模板法、靜電紡織法和等離子蝕刻法等方法的工藝流程相對復雜，對生產設備要求高。雖然通過向聚合物中添加無機粉體材料（通常有二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅及其修飾物等），能利用粉體材料本身的疏水特性和表面粗糙度來提高原有涂層的疏水性能，最終獲得超疏水復合材料。但高含量的無機粉體添加物使聚合乳液與基材的附著變差，影響原聚合乳液的成膜性能，還會造成體系粘度過高，噴涂、浸涂等涂布工藝受到限制的問題，還會降低涂層的透明度，使其應用場所大為減少，因此制備超疏水復合材料時，需要在粗糙度與透明度之間取得平衡。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的上述技術問題之一。為此，本發明提供了一種超疏水涂料，該涂料可以涂覆于柔性或者剛性材料表面，也可以涂覆于平整或者粗糙的塑料、金屬等材質基底上，能夠實現自清潔、防水、防凍、防霧、流體減阻和防腐蝕功能，可以被廣泛應用于建筑、家電、交通運輸、服裝、電子器件和液體運輸等領域。

本發明還提供了上述超疏水涂料的制備方法。

本發明還提供了上述超疏水涂料的應用。

本發明的第一方面提供了一種超疏水涂料，制備原料包括硅烷化合物、微納米顆粒和助劑，所述硅烷化合物和微納米顆粒的質量比為（0.01~100）：1，所述微納米顆粒的粒徑在1 nm至100 μm之間。

本發明中，“超疏水”指水滴落在表面不會被黏附，能夠迅速以球狀形態彈落或滑落，類似于荷葉表面的水滴狀態。

本發明中，“超疏水”一般可以認為是材料的靜態接觸角大于150°，滾動角小于10°。

本發明的超疏水涂料，至少具有以下有益效果：

本發明的超疏水涂料配方中，硅烷化合物提供疏水性，微納米顆粒提供粗糙結構與體系強度，助劑提供增強的涂層強度。具體而言，基于硅烷化合物提供的低表面能特性和微納米顆粒提供的表面粗糙結構，在助劑的共同作用下，該涂料中的主體成分可在多種基材表面快速形成化學鍵，能夠在眾多基材表面實現超疏水性能。

本發明的超疏水涂料，利用小分子硅烷或者線性大分子硅烷之間的化學作用，可以在基材表面自發生成穩定的多尺度低表面能分子結構，同時硅烷體系還可以跟微納米顆粒表面發生反應，從而讓整個超疏水涂層穩定地附著在固體基材表面，無論是粗糙的織物、木材等基材，還是平整的玻璃與塑料等基材，本發明的超疏水涂料都可以使之超疏水化。