[发明专利]一种耐水冲击的超憎水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐水冲击的超憎水涂层及其制备方法。该涂层包括氟树脂、低表面能填料1、低表面能填料2和异氰酸酯固化剂在室温下固化而成；其中低表面能填料1与低表面能填料2分别为纳米棒状与纳米颗粒的组合，或低表面能填料1与低表面能填料2为粒径不同的纳米颗粒，低表面能填料1与低表面能填料2的粒径比大于10。采用纳米棒与纳米颗粒的组合填料，或大粒径比的组合填料，制备涂层表面微观结构更容易保持稳定的Cassie模型，水滴在冲击下仍能在涂层表面滚落。而且由于纳米棒(线)或大粒径填料与氟树脂基体之间的接触面积较大，磨损脱落需要克服较大的阻力，因而涂层本身耐磨性较好，能够保证超憎水效果的持久性。

技术领域

本发明属于超憎水涂层制备技术领域，具体涉及一种耐水冲击的超憎水涂层及其制备方法。

背景技术

超憎水涂层是指在固体表面涂覆一层或多层超疏水材料，以具有高于150°的水接触角和低于10°的滚动角，实现其防腐蚀、防水、防覆冰、防雾等功能。超憎水涂层的制备方法有模版法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、自组装法、相分离法、刻蚀法等，制备工艺复杂、成本高而且不利于规模化生产，制备成的涂层的耐候性通常不佳。

Cassie和Baxter认为水滴在超憎水表面的接触是一种复合接触。在Cassie状态下，固液界面面积分数很小，水滴大部分与空气相接触，超憎水表面的粗糙结构能产生很多的空气气囊将水滴托起。然而，超憎水涂层所构造的微观粗糙结构并不是牢不可破，在水滴或液滴的高冲击速度下，冲击力便可轻易将超憎水涂层微观粗糙结构内部凹槽的截留的空气排出，直接导致接触角明显降低或者滚动角大幅度的提升，从而失去超憎水结构的优势。

目前对于超憎水涂层的研究，大多数关注于超憎水涂层的制备方法、耐候性及耐磨性的改善，少有研究关注于超憎水涂层的耐水冲击性，然而耐水冲击性是超憎水涂层实现实际应用的必不可少的指标之一。在自然环境下，大雨或暴雨的雨滴冲击速度不可忽视，若不具有一定的耐水冲击性，超憎水涂层毫无优势可言。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种耐水冲击的超憎水涂层及其制备方法。该超憎水涂层是由氟树脂、低表面能填料1、低表面能填料2和异氰酸酯固化剂在室温下固化而成，所制备的超憎水涂层即使直径为5mm的水滴在高于100cm下滴落仍能从涂层表面弹出或滚落，超憎水效果极好，并具有持久耐磨性。

为实现以上技术目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种耐水冲击的超憎水涂层，包括氟树脂、低表面能填料1、低表面能填料2和异氰酸酯固化剂，氟树脂通过与异氰酸酯固化剂进行交联实现固化，其中低表面能填料1与低表面能填料2分别为纳米棒状与纳米颗粒的组合，或低表面能填料1与低表面能填料2为粒径不同的纳米颗粒，低表面能填料1与低表面能填料2的粒径比大于10。采用纳米棒与纳米颗粒的组合填料，或大粒径比的组合填料，制备涂层表面微观结构更容易保持稳定的Cassie模型，水滴在冲击下仍能在涂层表面滚落。而且由于纳米棒(线)或大粒径填料与氟树脂基体之间的接触面积较大，磨损脱落需要克服较大的阻力，因而涂层本身耐磨性较好，能够保证超憎水效果的持久性。

所述氟树脂为室温固化三氟型FEVE树脂、四氟型FEVE树脂、氟改性硅树脂、氟改性丙烯酸树脂等的一种或几种的混合物。采用氟树脂为成膜树脂，表面能低、耐候性极佳。

所述低表面能填料1为氟硅烷改性的纳米填料，所述纳米填料为凹凸棒粉、碳纤维、碳纳米管、粒径为0.5-20μm的SiO₂、Al₂O₃、CaCO₃等的一种或几种的混合物。所述氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物。

所述低表面能填料2为采用氟硅烷改性的纳米填料，所述纳米填料为粒径为5-100nm的SiO₂、Al₂O₃、CaCO₃等的一种或几种的混合物。