[发明专利]环保型超疏水复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及外墙建筑涂料，具体涉及一种环保型超疏水复合材料以及制备方法。

背景技术

据统计，我国有将近50％的城市出现中度污染，这些污染包括工业废气、汽车尾气、雾霾等大大影响了建筑外墙的装饰性以及保护性，而如何提高外墙的耐沾污自清洁是摆在涂料从业者面前的一大难题。目前自清洁的途径有两种：光催化超亲水涂层和超疏水涂层。在超疏水涂层表层，表面与水的接触角大于150°，滑动角低于5°，水滴易在表面滑落带走污染，从而达到自清洁的功效，这种自清洁的功能也成为“荷叶效应”。

影响超疏水的静态接触角的因素主要有两个：表面能和界面几何结构。超疏水的制备通过以下两种途径：(1)在微纳米结构表面修饰低表面能物质；(2)在具有低表面能的表层构造微纳米结构。这两者缺一不可。许多方法如多方法如溶胶-凝胶法、物理/化学气相沉积法、模板法、自组装法、相分离法、电化学沉积法、静电纺织法、氟类物质改性以及粒子填充法，在这众多方法中，凝胶-溶胶法由于原料易得，操作步骤简单，不需要昂贵的设备而被广泛使用。

本发明采用法制备单分散合成粒径为100-200nm的SiO₂颗粒，采用硅烷偶联剂进行团聚，形成微纳米结构，之后用疏水剂进行疏水改性，再与自制的聚氨酯-丙烯酸酯共混，即可制备超疏水复合材料。

发明内容

本发明提供一种环保型超疏水复合涂层以及制备方法，它解决了外墙的耐沾污自清洁性较差的技术问题，本发明的超疏水复合涂层耐沾污自清洁性良好、原料易得，制备步骤简便，具有较强的应用与工业化前景。

本发明的技术方案如下：

技术方案(一)

一种环保型超疏水复合材料，由疏水改性的二氧化硅溶胶与聚氨酯-丙烯酸复合乳液配制而成。

进一步地，所述的疏水改性的二氧化硅溶胶是按照以下方法制备而成的：

进一步地，所述硅烷偶联剂的浓度为1-10wt.％，所述的硅烷偶联剂为γ―氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或γ－二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。

进一步地，所述的疏水剂的浓度为1-5wt.％，所述的疏水改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或十二烷基甲基二甲氧基硅烷中的一种。

进一步地，所述的中和剂是草酸。

进一步地，所述的聚氨酯-丙烯酸复合乳液为LSPUA-970、PU-3280或PUA-2011M的一种。

进一步地环保型超疏水复合材料的制备方法如下：

1)制备疏水改性的二氧化硅溶胶：

在室温下，采用法将硅酸乙酯90-100份制备成单分散粒径为100nm-200nm的SiO₂溶胶，之后继续搅拌制得SiO₂溶胶，搅拌速率是200-400rmp，搅拌时间是3-4h；

接着保持上述转速和温度，在SiO₂溶胶中加入硅烷偶联剂0.225-2.5份，之后立刻加入中和剂0.225-2.5份直到PH值为3后，停止加入中和剂；

之后将上述体系的温度升高到60-65℃，保持上述搅拌速率搅拌30-60min，然后加入疏水剂0.225-1.25份，再搅拌30-60min，即得到疏水改性的二氧化硅溶胶；

2)制备超疏水复合材料：

在室温下，将步骤1)制得的疏水改性的二氧化硅溶胶加入到搅拌缸中，转速调为300-400rmp，之后缓慢加入聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液11.25-50份，然后将转速提高到800-1000rmp，搅拌10-20min，终止反应。

所述的法是已知的技术，所以对其具体步骤不做详细介绍。

本发明的原理：本发明采用法制备单分散合成粒径为100-200nm的SiO₂颗粒，图1是TEOS水解制备二氧化硅溶胶的机理。采用硅烷偶联剂进行团聚，形成微纳米结构，之后用疏水剂进行疏水改性，再与聚氨酯-丙烯酸酯共混，即可制备超疏水复合材料。这种超疏水复合材料原料易得，制备步骤简便，因此具有较强的应用与工业化前景。

本发明的优点：

(1)采用TEOS制备疏水改性二氧化硅溶胶，原料廉价易得，合成步骤简便，不需要苛刻的操作条件，为今后的工业化奠定基础。

(2)超疏水复合材料采用聚氨酯-丙烯酸酯乳液为成膜剂，提高了超疏水复合材料的附着力，改善掉粉现象。