[发明专利]一种基于微/纳米无机粒子协同增强氟碳树脂的超疏水涂料的制备方法

说明书

一种基于微/纳米无机粒子协同增强氟碳树脂的超疏水涂料的制备方法，属于有机/无机复合超疏水材料技术领域，可解决传统超疏水表面存在机械稳定性差，且超疏水性和机械结构稳定性难以同时优化的问题，具体制备过程包括如下步骤：（1）采用微乳液法合成具有不同尺寸的花状多级结构二氧化硅微球，以及对其表面进行化学改性烷基化，同时对纳米二氧化硅表面进行化学改性烷基化；（2）将上述改性微/纳米二氧化硅粒子直接加入到油性树脂中共混制备得到超疏水涂料。该涂料不仅制备和喷涂工艺简单，可室温固化，且涂层具有优异的超疏水性能、机械稳定性和化学稳定性，以及优异的防结冰性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机/无机复合超疏水材料技术领域，具体涉及一种基于微/纳米无机粒子协同增强氟碳树脂的超疏水涂料的制备方法。

背景技术

近年来，由荷叶所启发的超疏水表面在防腐、减阻、油水分离、防雾以及防结冰等领域得到了广泛的应用。超疏水表面一般是指材料表面具有稳定的防水性，其对水的接触角要大于150°，滚动接触角小于10°。聚合物基超疏水涂料可以采用喷涂法制得超疏水涂层，相对超疏水表面其他制备方法，工艺简单，可大面积制备，成为目前超疏水表面领域研究和应用的热点。聚合物基超疏水表面主要基于高表面粗糙度和低表面能物质所产生的。由于无机纳米粒子易于在涂层中构建粗糙结构且容易被低表面能物质所修饰，因而无机粒子作为添加剂来提高聚合物基涂层的超疏水性主要方法之一。

超疏水性和机械结构稳定性是超疏水表面或涂层的两个关键技术指标，也是聚合物基超疏水涂料能否得到广泛工程化应用的关键点。然而，传统超疏水表面还存在机械稳定性差，且超疏水性和机械结构稳定性难以同时优化的矛盾问题。比如，可以通过提高无机纳米粒子掺杂浓度来增加涂层表面粗糙度，从而增加超疏水性；而后，高浓度掺杂无机纳米粒子，降低涂层的韧性和基底之间附着力，同时大的表面粗糙度容易在外力作用下发生破坏，从而失去超疏水。

发明内容

本发明针对传统超疏水表面存在机械稳定性差，且超疏水性和机械结构稳定性难以同时优化的问题，提供一种基于微/纳米无机粒子协同增强氟碳树脂的超疏水涂料的制备方法。

本发明设计合成得到具有低表面能超疏水性花状二氧化硅微米粒子，结合低表面能超疏水性二氧化硅纳米粒子，协同掺杂氟碳树脂涂层，构筑得到低表面粗糙度和表面能的超疏水表面，具有优异的粘合强度、机械稳定性、能够耐受多次磨损循环、高温以及高腐蚀性，在防腐、防污、防结冰等领域有广泛应用前景。

本发明采用如下技术方案：

一种基于微/纳米无机粒子协同增强氟碳树脂的超疏水涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，低表面能花状二氧化硅微球的制备：

（1）花状二氧化硅微球的制备：

将表面活性剂A、尿素和去离子水按质量比为0.1~5:1:100~200的比例充分混合后形成均一混合溶液A；将正硅酸乙酯、环己烷和助催化剂按质量比为1:10~20:1~3的比例充分混合后形成均一的混合溶液B，在600rpm~1000rpm的搅拌速度下，将混合溶液B加入到混合溶液A中，形成均匀的混合溶液C；

将混合溶液C在100-140℃条件下反应3-7h，反应结束后，冷却至室温，用乙醇和水充分洗涤，于60℃烘箱中干燥后得到花状二氧化硅微球；

（2）花状二氧化硅微球的表面修饰：

将花状二氧化硅微球分散于甲苯中，再加入低表面能的表面改性剂B，在90℃~120℃下反应12~24h，反应结束后，冷却至室温，采用抽滤获得产物，并使用甲苯和无水乙醇进行反复冲洗，置于60~75℃烘箱中进行干燥后获得疏水改性的花状二氧化硅微球，其中，甲苯、花状二氧化硅微球和表面改性剂B的质量比为5~20:1:0.5~5；

第二步，低表面能二氧化硅纳米粒子的制备：