[发明专利]一种含短氟化烷基超疏水乳液的制备方法

说明书

本发明公开了一种含短氟化烷基超疏水乳液的制备方法，以水为溶剂，含支链高氟碳醇基团结构的功能单体BRFAE和丙烯酸类单体，在乳化剂、交联剂和助稳定剂下，加入引发剂，在40～85℃下通过细乳液聚合合成单体共聚物。其涂层在玻璃、木材、钢板、塑料等基材上接触角大于150°，滚动角小于10°，具有优异的疏水性。该方法制备的超疏水乳液中含有支链高氟碳醇基团，具有易降解的优点，环境友好，符合绿色化学的要求。

技术领域

本发明属于超疏水涂层制备技术领域，具体涉及一种短氟化烷基超疏水乳液聚合制备超疏水涂层的方法。

背景技术

非润湿涂层由于其在自清洁、防冰、防污、抗粘接和耐腐蚀表面的潜在应用，成为当前材料科学的一个研究热点。许多研究致力于开发超疏水或超疏油表面，或者同时具有拒水拒油的全疏水表面。根据从自然中获得的灵感，将微观和纳米级的层次结构与低表面能材料(如氟化聚合物、硅烷、硫醇、表面活性剂、等离子体等)结合起来可以获得最佳效果。

超疏水涂料是一种具有特殊表面性质的新型涂料，是指固体涂膜的水接触角大于150°并且常指水接触角滞后小于5°，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。

氟原子由于其特殊的性能，可以在全氟碳化合物(PFCs)中构建一个非常有效的全疏水表面，所以常常在超疏水乳液中引入氟元素。但是较长碳链的含氟化合物稳定性比较好，难以自然降解，具有一定的生物累积性，因此对人类的健康和自然环境产生了潜在的严重威胁，这也使得全氟辛酸(PFOA) 和全氟辛基磺酰类化合物(PFOS)在世界范围内禁用。

中国专利CN105733383A公开了一种高韧性疏油疏水涂料。采用特定比例的羟基丙烯酸树脂、纳米二氧化钛增强含氟疏水材料、聚醚酯、聚酯树脂作为成膜物料，使涂料具有优异的疏水疏油性能和韧性；其中，纳米二氧化钛增强含氟疏水材料的制备过程中，用硅烷偶联剂APS改性二氧化钛，能够改善二氧化钛在有机体系中的相容性和分散性，过程中将二氧化钛、硅烷偶联剂APS经第一次超声处理分散在甲苯中，在水浴的恒温中，硅烷偶联剂APS能够均匀地链接、包覆二氧化钛，大幅提高了涂料的表面疏水性能，有利于提涂料的强度和韧性；而选用的N-羟乙基全氟辛酰胺、甲基丙烯酸甲酯，在引发剂份过硫酸铵的作用下，能够快速、稳定地交联形成高分子聚合物，在施用后形成的涂膜中，发挥大幅降低表面张力的作用，具有优异的疏水、疏油性能，且耐热、耐候性良好。但是整个合成过程较为复杂，所用的含氟试剂对环境存在威胁。

中国专利CN106893391A公开了一种纳米粉末疏水疏油改性方法。将纳米粉末与环己烷或正丁醇混合，通过超声波分散仪处理得到均匀分散悬浮液。然后滴加全氟辛基三甲氧基硅烷或全氟癸基丙烯酸酯至上述的悬浮液中进行浸渍处理，最后进行喷雾干燥，得到改性后的氟化纳米粉末。虽然改性之后纳米粉末具有优异的疏水疏油性能，但是所用的含氟试剂具有长碳链对环境存在威胁。

目前，已有文献报道短碳链的含氟基团具有降解性，所以将其应用于超疏水乳液中既可以提供优秀的疏水性能，又符合绿色化学的理念。

发明内容

本发明的目的是解决现有超疏水涂层制备方法中含氟试剂限制使用的情况，提供了一种含短氟化烷基、可降解、绿色环保的超疏水乳液的制备方法。本发明的超疏水涂层材料能在较宽温度范围内固化，适用于多种不同材质的基材，如金属、玻璃、钢板及高分子材料。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含短氟化烷基超疏水乳液的制备方法，其特征在于以水为溶剂，含支链高氟碳醇基团结构的功能单体BRFAE和丙烯酸类单体，在乳化剂、交联剂和助稳定剂下，加入引发剂，在40～85℃下通过细乳液聚合合成单体共聚物。

以重量百分数100％计，采用以下重量百分含量的原料：