一种超疏水涂料及其制备方法和应用与流程

本技术涉及超疏水涂层，尤其是涉及一种超疏水涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、表面水接触角>150°、滚动角<10°的涂层可称为超疏水涂层，其制作的方法有很多种，涂料法是其中之一。涂料法可以分为单涂层法和双(多)涂层法。以单涂层的涂料法制作超疏水涂层的常见做法是：用疏水物质对微纳米尺寸的无机粒子在液相中进行分散与改性，然后液固分离、烘干，得到疏水改性粒子，再分散在各种成膜物质中，即得到超疏水涂料。涂料通过喷涂、刮涂等方式在各种基材上形成涂层，最后烘干、固化，得到超疏水涂层。然而，这种超疏水涂层的获得方式通常需要加入大量的疏水物质并结合酸或氨水的长时间加热搅拌，以获得较高的改性程度从而增强疏水性，导致制备的成本高、效率低；且疏水改性粒子液固分离时会产生大量废液，烘干时易团聚、能耗高。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种超疏水涂料及其制备方法和应用，其制备过程简便快捷、成本低、效率高。

2、本技术的第一方面，提供一种超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：

3、取疏水改性剂与无机微纳颗粒的分散液混合反应，得到疏水改性无机微纳颗粒的分散液，疏水改性剂的质量为无机微纳颗粒的质量的10～50％，疏水改性剂包括烷基硅烷、氟硅烷、全氟聚醚硅烷中的至少一种；

4、将疏水改性无机微纳颗粒的分散液与高固含水性成膜树脂混合，得到超疏水涂料，所述高固含水性成膜树脂的固含量为50％以上。

5、根据本技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：

6、本技术实施例中，选择使用少量的疏水改性剂及温和的工艺，从而对无机微纳颗粒进行低程度的改性，同时直接结合高固含水性成膜树脂的使用，使改性后的无机微纳颗粒在涂料中的分散性以及涂覆时的均匀性更好，避免了现有技术中由于纳米粒子高疏水改性程度导致沉淀及与树脂相容性不好的问题，也避免了液固分离产生大量含氟废液、烘干时导致的高能耗及二次团聚的问题。在牺牲了改性度的情况下提高了无机微纳颗粒的分散度，从而在使用更少的疏水物质的情况下更充分地发挥其疏水作用。整个制备过程更加简便快捷、成本低、效率高。

7、在本技术的一些实施方式中，无机微纳颗粒的分散液中的溶剂包括异丙醇和乙醇。其中引入异丙醇作为额外的溶剂，能够适当调节涂料的成膜性能，并且疏水改性剂在两种溶剂中都有一定的溶解度，因此在涂料的制备过程中和形成涂层时可以使疏水改性无机微纳颗粒具有更好的分散效果，从而提高其超疏水效果的实现。

8、在本技术的一些实施方式中，无机微纳颗粒的分散液中无机微纳颗粒的质量百分比为2～6％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％。

9、在本技术的一些实施方式中，无机微纳颗粒的分散液中异丙醇的质量百分比为1～10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。

10、在本技术的一些实施方式中，无机微纳颗粒包括二氧化硅、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、碳化硅中的至少一种。

11、在本技术的一些实施方式中，疏水改性剂包括烷基硅烷、氟硅烷、全氟聚醚硅烷中的至少一种。烷基硅烷例如可以是十六烷基三甲氧基硅烷(hdtms)、十八烷基三氯硅烷(ots)等，氟硅烷例如十七氟癸基三甲氧基硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三氯硅烷等。

12、在本技术的一些实施方式中，疏水改性剂与无机微纳颗粒的分散液混合反应的时间为2～4h。

13、在本技术的一些实施方式中，疏水改性剂与无机微纳颗粒的分散液混合反应的温度为20～40℃，例如可以是室温23±2℃，25±5℃，20±5℃。

14、在本技术的一些实施方式中，与无机微纳颗粒的分散液混合反应的原料还包括硅烷偶联剂。硅烷偶联剂水解后的硅羟基与无机微纳颗粒表面的羟基脱水缩合形成化学枝接，其端部的环氧基与高固含水性成膜树脂中的羟基反应形成化学键，增强无机微纳颗粒与树脂的相容性及结合强度，从而进一步改善无机微纳颗粒的分散性，提高超疏水涂层的超疏水效果和机械性能?？梢岳斫獾氖?，根据无机微纳颗粒的种类以及成膜树脂的种类，硅烷偶联剂的种类和用量也有所不同。

15、在本技术的一些实施方式中，硅烷偶联剂包括三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)、乙烯基三甲氧基硅烷等其中至少一种。

16、在本技术的一些实施方式中，硅烷偶联剂的质量为无机微纳颗粒的质量的10～50wt％。

17、在本技术的一些实施方式中，高固含水性成膜树脂的固含量为50％、55％、60％、65％、70％以上。采用高固含量的树脂从而在涂料体系中仅引入少量的溶剂水，尽可能地避免引起体系的不相容而导致出现浑浊或沉淀现象，从而改善无机微纳颗粒的分散性，提高最终成膜的超疏水性和机械性能。

18、在本技术的一些实施方式中，高固含水性成膜树脂包括水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂中的至少一种。

19、在本技术的一些实施方式中，高固含水性成膜树脂包括水性丙烯酸树脂、水性氨基树脂、水性醇酸树脂、水性环氧树脂、水性氟碳树脂等其中的至少一种。

20、在本技术的一些实施方式中，高固含水性成膜树脂包括水性丙烯酸树脂和水性氨基树脂。水性氨基树脂除作为成膜树脂外，还作为固化剂发生交联反应，同时和偶联剂反应增强与无机微纳颗粒的结合牢度，从而提升偶联剂的效果。

21、在本技术的一些实施方式中，水性丙烯酸树脂的质量为无机微纳颗粒的质量的1.5～7倍。

22、在本技术的一些实施方式中，水性氨基树脂的质量为无机微纳颗粒的质量的0.35～1.8倍。

23、在本技术的一些实施方式中，疏水改性无机微纳颗粒的分散液与高固含水性成膜树脂混合时还包括加入流平剂。

24、在本技术的一些实施方式中，流平剂的质量不超过无机微纳颗粒的质量的5％。

25、本技术的第二方面，提供一种超疏水涂料，其采用前述任一种制备方法制得。

26、本技术的第三方面，提供一种超疏水涂层的形成方法，包括将前述的超疏水涂料涂覆到基底，固化得到超疏水涂层。

27、在本技术的一些实施方式中，固化的步骤包括依次进行的50～80℃预固化和150～200℃正式固化。预固化的温度例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃，正式固化的温度例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃。

28、在本技术的一些实施方式中，预固化的时间为10～20min，例如可以是10min、15min、20min。

29、在本技术的一些实施方式中，正式固化的时间为10～60min，例如可以是10min、20min、30min、40min、50min、60min。

30、在本技术的一些实施方式中，固化的步骤包括依次进行的50～80℃预固化10～20min和150～200℃正式固化10～60min。

31、在本技术的一些实施方式中，基底包括玻璃、金属、水泥、塑料、织物、纸张等其中的至少一种。

32、在本技术的一些实施方式中，超疏水涂料涂覆到基底上的方法包括喷涂、刮涂、旋涂、擦涂、刷涂、浸渍等其中至少一种。

33、本技术的第四方面，提供一种超疏水涂层，其按照前述任一种的形成方法形成超疏水涂层。

34、本技术的第五个方面，提供一种涂覆产品，包括基底和前述的任一种超疏水涂层。

35、在本技术的实施例中，发现无机纳米颗粒的改性程度及其在树脂中的分散程度对最终的超疏水涂料形成的超疏水涂层的超疏水效果影响较大，改性达到一定程度后(例如tga失重达10％)，分散程度对超疏水效果的影响要大于改性程度，此时不应该再追求过度的改性，否则分散程度变差带来的劣势将大于改性程度带来的优势。所以，本技术实施例所提供的制备方法突出了分散程度的重要性；此外，由于改性程度不高，部分疏水物质未被枝接到无机微纳颗粒上而呈游离态，由于没有液固分离，这部分疏水物质被利用起来参与成膜，进一步保证了涂层整体的疏水性。

36、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。