超疏水涂料及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及超疏水涂料技术领域，特别是指一种超疏水涂料及其制备和使用方 法。
【背景技术】
[0002] 荷叶出渺泥而不染的现象早被人们发现。经科学家的研究发现，荷叶表面有处于 微米和纳米两种尺度的复合结构，运种结构赋予了荷叶表面超疏水的性质。人们仿照荷叶 运种微-纳复合结构构筑了人工的超疏水涂层。当水滴落在覆盖有超疏水涂层的表面时， 会形成球形水珠，接触角通常大于150°，滚动角小于10°。运种状态下，水滴无法浸润或 渗透进表面与基材接触，并且在表面倾斜或轻微外力作用下即从表面滚落。在水滴滚落的 过程中也会同时把表面的灰尘和污垢一并带走，达到自清洁的作用。由于超疏水表面的完 全拒水的性质，可使其长时间保持干燥，减少了水诱、腐蚀等有害化学反应的产生，从而延 长基材的使用寿命。
[0003] 目前关于制备超疏水涂层在学术文献中多见报道，然而运项技术仍然未能大规模 应用。原因在于超疏水涂层的制备要求十分苛刻，一方面上述起关键作用的微-纳复合结 构十分脆弱，容易受到外界作用而损坏，使用强度不足；另一方面要制备运种涂层的工艺、 流程复杂，使生产成本过高，难W大规模应用。
[0004] 因此，寻找一种制作工艺简单溫和，制作成本低，具有较高耐磨强度和较长使用寿 命的超疏水涂料是研究的热点。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种超疏水涂料及其制备和使用方法，该超疏水 涂料制作工艺简单溫和，制作成本低，具有较高耐磨强度和较长使用寿命。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0007] -方面提供一种超疏水涂料，由底料和疏水料组成，其中：
[0008] 底料由下述成分按质量百分比组成：
[0009] 苯乙婦类热塑性萍性体 3%~12〇/〇 石油树脂 5%~10〇/〇 无机填料 0.1%~0.5% 紫外光稳定剂 0.1 %~0.5% 有抓溶誦A 巧％~判.8%
[0010] 疏水料由下述成分按质量百分比组成：
[0011] 纳米无机颗粗 0.5%~10% 偶联剂 0,5%~15% 催化剂 ：0.:1?~0.5%: 有机溶剂B 74.5%~98.9%
[0012] 所述偶联剂为硅烷偶联剂、铁酸醋偶联剂或侣酸醋偶联剂中的一种或多种。
[0013] 疏水料中的偶联剂可W对纳米无机颗粒的表面进行修饰，偶联剂带有烷氧基基 团，能够与无机纳米颗粒表面的径基发生化学反应，使纳米无机颗粒表面的性质发生改变， 最后形成具有超疏水性的有机无机涂料；底料中的苯乙締类热塑性弹性体和石油树脂为主 要作用成分，可W与疏水料中的偶联剂的有机基团弯曲缠结，石油树脂对多种物质具有良 好的粘结力，可W在多种基材上进行使用，苯乙締类热塑性弹性体依靠自身的缠绕机械力 能够形成具有较高的硬度和耐磨强度的膜层，可W提供足够强度的支撑作用。
[0014] 进一步地，所述苯乙締类热塑性弹性体为平均分子量70, 000~150, 000线性高分 子；其选自苯乙締-下締-苯乙締嵌段共聚物SBS、苯乙締-乙締-苯乙締嵌段共聚物SES、 苯乙締-乙締/下締-苯乙締嵌段共聚物SEBS中的一种或多种。
[0015] 苯乙締类热塑性弹性体能制成高强度的薄膜，并能附着在各种材料上，具有较好 的透明度，适用于基材表面成膜。其分子量越大，分子链之间的缠结增加，粘度增大，使分子 间的滑移更加困难。
[0016] 进一步地，所述石油树脂选自碳五石油树脂巧、碳九石油树脂C9、氨化碳五石 油树脂HC5、氨化碳九石油树脂HC9中的一种或多种；所述石油树脂的软化点为80°C~ 12(TC。
[0017] 石油树脂粘结性能稳定，快黏性好，与无机物有良好的亲和性，和高聚的苯乙締类 热塑性弹性体相溶性好，对多种基材具有良好的附着力，可提高耐紫外和耐候性。
[0018] 进一步地，所述无机填料选自氧化娃、滑石粉、轻质碳酸巧、氧化儀、氧化侣、氧化 锋中的一种或多种；所述紫外光稳定剂为THUV-328或双（2, 2, 6, 6-四甲基-4-赃晚基）癸 二酸醋中的一种或两种。
[0019] 紫外光稳定剂可W为高聚物提供良好的保护，减少高聚物的降解。
[0020] 进一步地，所述有机溶剂A或有机溶剂B选自甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、下醇、丙 酬、甲乙酬、下酬、乙酸乙醋、乙酸正下醋、乙酸叔下醋中的一种或几种；所述纳米无机颗粒 的尺寸为15nm~200nm。
[0021] 进一步地，所述纳米无机颗粒选自纳米氧化娃、氧化侣、氧化锋、氧化铁和氧化错 中的一种或几种。
[0022] 上述纳米无机颗粒，经过偶联剂改性，可形成超疏水性的有机无机涂料；合适的颗 粒大小可W赋予超疏水涂层较大的接触角和较小的滚动角。
[0023] 进一步的，所述偶联剂选自正辛基Ξ甲氧基硅烷、十二烷基Ξ甲氧基硅烷、十八 烷基Ξ甲氧基硅烷、十八烷基Ξ氯硅烷、十Ξ氣辛基Ξ甲氧基硅烷、十Ξ氣辛基Ξ乙氧基 硅烷、全氣癸基Ξ乙氧基硅烷、全氣癸基Ξ氯硅烷、甲氧基Ξ甲基硅烷、六甲基二娃胺烧、 2, 2-二（締丙基氧甲基）-1-下氧基Ξ (二辛基憐酸酷氧基）铁酸醋、二硬脂酷氧异丙氧基 侣酸醋和（乙酷乙酸乙醋基）二异丙氧基侣酸醋中的一种或几种。
[0024] 偶联剂可W改性纳米无机颗粒，形成具有超疏水性的有机无机涂料。
[0025] 具体的，所述催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂；酸性催化剂选自盐酸、硫酸、硝 酸、草酸和乙酸中的一种或几种；碱性催化剂为氨水。
[0026] 上述催化剂可W促进偶联剂的水解，加快偶联剂与无机纳米颗粒的反应速度。
[0027] 另一方面，提供一种上述超疏水涂料的制备方法，包括：
[0028] 步骤1 :将所述底料混合，20°C -80°C揽拌2地-0.化，制得底料涂覆液；
[0029] 步骤2 :将所述疏水料中的偶联剂加入到有机溶剂中，室溫揽拌0. 5~化，随后加 入纳米无机颗粒、催化剂混合，20°C -110°C揽拌反应24h-0.化，制得疏水料涂覆液。
[0030] 再一方面，提供一种上述超疏水涂料的使用方法，包括：
[0031] 步骤1 :将上述底料的涂覆液涂覆在基底上，静置至溶剂挥发完全，制得树脂缓冲 层；
[0032] 步骤2 :将上述疏水料的涂覆液涂覆在所述树脂缓冲层上，静置至溶剂挥发完全， 制得超疏水涂层。
[0033] 上述步骤1、2的涂覆方式为喷涂、浸溃、刮涂或擦涂的一种或多种。
[0034] 上述树脂缓冲层中的石油树脂，对多种物质具有较好的粘结力，可在多种基材上 使用，树脂缓冲层中的热塑性弹性体为线性高分子，依靠其固有的机械缠绕性质，通过与石 油树脂树脂缠绕、W及自缠绕，在基材表面形成具有较高硬度和耐磨强度的膜层；同时树脂 缓冲层的有机官能团可与超疏水涂层中的偶联剂的有机官能团缠绕，使超疏水涂层牢固结 合在树脂缓冲层表面，形成具有较高硬度和耐磨强度的超疏水涂层，从而延长了超疏水涂 层的使用寿命。而且本发明的超疏水涂层制作工艺简单方便，大大增加了其使用范围。
[0035] 综上所述，本发明的有益效果表现为：
[0036] 1)本发明的超疏水涂料，由底料和疏水料构成，底料赋予超疏水涂层较高的耐磨 强度和较长的使用寿命，疏水料赋予超疏水涂层的超疏水性能，使基材表面避免了水、油 污、灰尘及泥尘等的附着，达到自清洁的目的；
[0037] 2)本发明的超疏水涂料，通过热塑性弹性体固有的缠绕性质和石油树脂的粘结力 使树脂缓冲层牢固结合在基材表面，并使超疏水涂层牢固结合在树脂缓冲层，赋予超疏水 涂层较高的硬度和耐磨强度；
[0038] 3)本发明的超疏水涂料的制备工艺简单，容易操作，操作成本低，易于实现，可W 广泛推广和使用。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明制备的涂层对水接触角侧视图；
[0040] 图2a-2e为本发明对基材表面处理前后水珠滴落效果图，上层图为本发明处理前 水珠滴落效果图，下层图为本发明处理后水珠滴落效果图；
[0041] 图2a为本发明对玻璃基材表面处理前后的水珠滴落实际使用效果图；
[0042] 图化为本发明对钢铁基材表面处理前后的水珠滴落实际使用效果图；
[0043] 图2c为本发明对塑料薄膜表面处理前后的水珠滴落实际使用效果图；
[0044] 图2d为本发明对A4纸表面处理前后的水珠滴落实际使用效果图；
[0045] 图2e为本发明对木板基材表面处理前后的水珠滴落实际使用效果图；
[0046] 图3a为本发明实施例一与对比例一、二、Ξ的摩擦实验次数-接触角变化曲线 图；
[0047] 图3b为本发明实施例一与对比例一、二、Ξ的摩擦实验次数-滚动角变化曲线 图；
[0048] 图3c为本发明实施例九与对比例四、五、六的摩擦实验次数-接触角变化曲线 图；
[0049] 图3d为本发明实施例九与对比例四、五、六的摩擦实验次数-滚动角变化曲线图。
【具体实施方式】
[0050] 为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 附图及具体实施例进行详细描述。但本发明绝非限于运些例子。W下所述仅为本发明较好 的实施例，仅仅用W解释本发明，并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的 是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应W所附权利要求为准。
[0051] 对基材表面涂覆的超疏水涂层进行性能测试，检测其初始接触角和摩擦实验后水 接触角，W表征其初始超疏水性能和耐磨性超疏水性能。
[0052] 本发明按照如下方法进行超疏水涂层的超疏水性能擦拭：
[0053] 接触角测试方法为将待测试样固定在测量平台上，将2 μ L纯水滴于试样表面，待 水珠静止后，用KRUSS DSA100接触角测试仪进行测量。
[0054] 滚动角测试方法为将待测试样固定在测量平台上，将2 μ L纯水滴于试样表面，待 水珠静止后，逐渐倾斜测量平台直至水滴发生滚动，此时平台倾角即为滚动角。若滚动角大 于90°，则认为水滴在试样上粘附无法滚动。
[00巧]为了进一步证实本发明制备的长效疏水剂具有优异的耐磨性，通过对经本发明处 理的样品表面进行循环摩擦实验来模拟实际使用过程中可能产生的损耗，并跟对比例一、 二、Ξ进行对比。摩擦实验的方法为：选用400#砂纸，负重100克下对本发明或对比例的涂 料处理的基材表面进行滑动摩擦，滑动距离为10cm，一个滑动来回为一次循环摩擦。
[0056] 实施例一：
[0057] 按照W下配方和比例制备本发明所述的底料：
[0058] SBS (分子量 70,000) 3 g SES (分子量 100,000) 3 g C5 (软化点 80'C ) Sg 滑石粉 0.1 g THUV-32S 0.1 g 甲苯 88.8 g
[0059] 按照W