[发明专利]一种透明耐磨超疏水涂料及其制备方法和涂覆工艺

说明书

技术领域

本发明属于超疏水表面的制备及应用技术领域，具体涉及一种透明耐磨超疏水涂料及其制备方法和涂覆工艺。

背景技术

超疏水现象在自然界中广泛存在，如荷叶、蝴蝶翅膀、水黾腿等均显示出优异超疏水性能。超疏水涂层由微纳米尺度的结构和具有低表面能的表面共同构成，具有水的静态接触角大于150°和滚动角小于10°的特性。超疏水表面的相关研究是近二十年来国际科学研究的前沿及热点之一，具有自洁、耐蚀、减阻、防水、疏油、防雾、抗冰等功能的表面设计及界面特性已取得了突破性进展。常见的超疏水结构如有序微米柱、多孔结构、纳米线、微纳米粒子团簇等对可见光均具有散色、衍射等现象，因此制备的涂层成乳白色，透明度较差。除具有普通超疏水表面的所有优异特性外，透明超疏水表面还可保证光线的透过性，从而显著提升相关设备和产品的使用性能，在光伏设备、建筑、汽车、电子制造以及纺织品等多个领域显示出广泛的应用前景。研究表明，超疏水结构的结构单元小于200nm，将有效的降低光学散色，由此可以提高涂层的透明度。但由此带来的问题是结构单元与基底的接触面积变小，两者间的结合力降低，导致疏水结构易脱落。对此常用提高疏水结构与基底的结合力的方法是采用气相沉积、高温热处理和溶胶-凝胶等方法将粘结材料包覆在结构上。目前，透明超疏水表面仍然未能实现大规模制备和商业应用，主要是在低成本、简便快捷的制备技术、涂层耐磨性、耐久性等方面存在诸多难题。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种透明耐磨超疏水涂料及其制备方法和涂覆工艺，以实现涂层超疏水、透光性好、耐磨性好以及结合力强。

技术方案：

一种透明耐磨超疏水涂料，包括纳米材料分散液和粘结材料分散液，其中纳米材料分散液为纳米材料和挥发性溶剂的混合溶液，粘结材料分散液为粘结材料和其良溶剂的混合溶液。

所述纳米材料为疏水气相纳米二氧化硅或疏水纳米二氧化硅气溶胶粉体，颗粒尺寸为20-100nm，由颗粒构成的团簇尺寸在200-2000nm之间；所述挥发性溶剂为乙醇和异丙醇中的一种或两种，为两种溶剂混合时，则任意一种溶剂的体积百分含量为1-99％。

所述粘结材料为聚氨酯胶粒、聚苯乙烯胶粒、氟碳树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、环氧树脂或醇酸树脂的一种或多种；所述其良溶剂为丙酮、二甲苯、乙酸乙酯和DMF中的一种或多种，为多种溶剂混合时，则任意一种溶剂的体积百分含量为1-99％。

以上所述的一种透明耐磨超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米材料加入挥发性溶剂中，采用搅拌和超声分散方式处理10-90min,形成纳米材料分散液，其中纳米材料的质量分数为0.1-10％；

(2)将粘结材料与其良溶剂混合，温度控制在20-50℃，机械搅拌30-90min，形成粘结材料分散液，其中粘结材料的质量分数为5-50％。

以上所述的制备方法中，在步骤(1)中纳米材料和挥发性溶剂混合分散后，可直接使用或再加入占分散体系质量分数为0.1-10％的链状纳米二氧化硅、二氧化硅纳米线、碳纳米管、纳米二氧化硅纤维和氧化锌纳米线中的一种或多种，超声处理1h；

在步骤(2)中粘结材料与其良溶剂混合分散后，可直接使用或再加入占分散体系质量分数为0.1-10％的聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种，尺寸在50-100μm之间，继续搅拌0.5h。

以上所述的一种透明耐磨超疏水涂料的涂覆工艺，包括以下步骤：

如图1所示，将待涂覆基体表面进行去尘、去油污处理直至干净；接着将粘结材料分散液喷涂或刷涂在基体表面上形成粘结层，其厚度控制在0.5-20μm，涂覆后放置干燥；然后涂覆纳米材料分散液；干燥后，采用加压、加热或两者结合的方式使纳米材料部分嵌入粘结层；最后利用塑料板、橡胶薄膜、多孔聚合物泡沫或纸巾刮擦涂层，或用胶带粘除，以去除结合不牢的涂料颗粒。

所述涂覆后放置干燥的条件为空旷环境、通风空间中、辅助吹风装置旁或30-50℃温度下，干燥5-120min；

所述纳米材料分散液的涂覆方法为：距离基体15cm，用压力为60psi的空气枪，将纳米材料分散液横竖交替，均匀喷涂于干燥好的粘结层上。

所述加压、加热方式为：使用红外灯功率100-1000W或热风枪功率100-5000W对涂层整体进行加热1-30min；或

将基体放置于热台或烘箱中，温度40-90℃，加热1-30min；或