[发明专利]一种在基材表面制备防水防油型陶瓷涂料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基材表面制备防水防油型陶瓷涂料的方法，属于超双疏材料技术领域。

背景技术

制备超双疏材料表面的方法有很多，根据原理的不同有两种不同的途径：一是在低表面能材料表面构造纳微结构；二是在已经构造了纳微结构的材料表面修饰低表面能。因此，制备防水防油型表面的重点在于构造表面纳微粗糙结构和修饰低表面能上。

为了制备性能良好的超双疏材料，研究者们花了许多时间和精力进行了大量的研究。CN103290418A提出一种通过电化学刻蚀法制备微米粗糙结构，再通过水热合成法合成氧化锌微纳双重粗糙结构，然后通过低表面能的物质修饰得到超双疏的表面。CN102965720A提出一种一步电化学加工、一步化学加工后再用全氟辛酸水溶液浸泡得到超双疏的表面。

CN103408705A公开了一种合成水性环氧树脂进而制备超双疏涂层的方法。CN102432742A公开了一种利用含氟硅聚合物和二氧化硅进行共混后在活性基团修饰的表面进行组装成膜，从而制备超双疏表面的方法。

就目前文献报道的超双疏涂料的制备工艺，大多需要多步，有些还相当复杂，工业化应用困难。随着超双疏材料的发展，制备超双疏材料的工艺越来越追求简单化，唯有简化工艺步骤，降低工艺成本，才能将超双疏材料的产业化向前推进。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，易于操作，重复性好，涂料粘结性好，透明，应用方便的在基材表面制备防水防油型陶瓷涂料的方法。

本发明的在基材表面制备防水防油型陶瓷涂料的方法，包括以下步骤：

（1）在氮气保护下，将正硅酸四乙酯组分A、硅溶胶组分B、具有氟碳链取代的硅烷偶联剂组分C、长碳链的硅烷偶联剂组分D，在10℃～20℃下混合均匀，加入催化剂E，上述组分A、B、C、D和E的质量比为1：0.20～0.83：0.15～0.31：0.05～0.1：0.1～0.5，在40-80℃下水解缩合反应1-5小时，得氟硅改性的陶瓷涂料；

（2）将步骤（1）制得的陶瓷涂料旋涂到经过pH为9～11的碱性无水乙醇浸泡3～7天的基材表面，旋涂的转速为1000～3000rpm，旋涂时间为30～60s，再在80～120℃下热处理3～5小时。

本发明中，所述的硅溶胶组分B是以醇类为溶剂，二氧化硅为溶质的酸性硅溶胶，溶胶pH为2～6，固含量为5%～30%，二氧化硅颗粒的粒径为10～100nm。

本发明中，所述的具有氟碳链取代的硅烷偶联剂组分C的结构通式为：

其中，n为1～4的整数；m为0～11的整数；X为链状或环装的亚烷基、亚芳基、磺酰胺基、磺酰基、磺酰氧基、碳酰胺基和碳氧基中的一种或其组合。

本发明中，所述长碳链的硅烷偶联剂组分D的结构通式为：

其中，l为1～4之间的整数，s为8～18的整数。

本发明中，所述的催化剂是浓度0.1mol/L～1mol/L的盐酸、硫酸、硝酸或醋酸。

本发明中，所述的基材为载玻片、硅片、铁片或铝片。

本发明的原理：

本发明主要利用二氧化硅颗粒增加基材表面的粗糙度，利用含氟基团降低低表面能，从而实现超双疏的性能。具体来讲：将正硅酸四乙酯、硅溶胶、具有氟碳链取代的硅烷偶联剂、长碳链的硅烷偶联剂，在10℃～20℃下混合均匀，加入催化剂，在催化作用下水解缩合，生成具有不同大小的表面长有含氟基团和长碳链的核壳型结构的二氧化硅颗粒的凝胶，接着将这种凝胶旋涂至基材表面，控制旋涂仪的转速和旋涂时间可以保证膜的透明性和均匀性，同时不同颗粒大小的二氧化硅会在基材表面聚集，使得其表面具有一定的粗糙结构，高温下处理，可以使二氧化硅表面的含氟基团和碳链排列更整齐，增加聚合物的结晶能力，从而突出其防水防油的性能，同时，经过碱性无水乙醇浸泡处理的基材表面的羟基或羧基会与部分水解-缩合，表面含有羟基的正硅酸四乙酯-含氟硅烷-长链硅烷发生缩合反应，形成界面化学键，从而使涂料对基材表面表现出良好的粘结性。因此，本发明制备的氟硅改性陶瓷涂料，能实现防水防油的性能，且透明性和粘结性都较好。

本发明相对于现有的技术具有如下的优点和效果：

①本发明提供的溶胶凝胶法合成防水防油型氟硅改性的陶瓷涂料，工艺简单，操作方便，重复性好，具有较好的实用性。