一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法

本发明涉及表面防护领域，具体涉及一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法。

背景技术：

1、自然界中，许多动植物表面展现出独特的表面超疏水性质，包括荷叶、玫瑰花瓣、蜘蛛丝以及蝉翼等，赋予它们以自清洁、防腐蚀、防冰冻和减阻的特性。一般来说，超疏水表面的静态水接触角(wca)超过150°。研究表面，虽然具有超疏水性的生物体的表面形貌和结构各有不同，但是实现超疏水表面均具有两个必要因素：具有周期性微纳米尺度的均匀粗糙形貌和覆盖低表面能的化学物质。基于这一仿生原理，受典型生物表面超疏水特性的启发，人们逐渐专注于仿造生物的超疏水结构，通过化学蚀刻、电纺丝、模板方法、光刻、溶胶-凝胶工艺和喷涂工艺等一系列技术，使得不同基底材料表面具有超疏水性，进而获得典型生物表面的功能特性。在这些研究方法中，喷涂技术具有成本低、操作简单、不受不同基材的限制以及易于大规模生产的特点，成为理想的超疏水表面制备技术。

2、本发明受天然荷叶表面特性的启发，利用空气喷涂技术，在基体上设计制备一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层。涂料主要由硅树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯微粉、黏土、二氧化钛、二氧化硅、硅烷、固化剂和溶剂组成。借助喷涂-固化工艺，进而同时在基底表面获得具有低表面能的分层微纳米结构，这符合典型天然植物表面的超疏水特征。所制备的超疏水涂层在防结冰、自清洁、油水分离、耐腐蚀和机械稳定性方面表现优异，因而具有较好的应用潜力。

技术实现思路

1、采用一步喷涂法在不同表面制备超疏水涂层，目的在于直接使用未改性的填料，建立具有多功能应用的超疏水涂层体系。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

4、s1、不同基体的喷涂前表面处理：

5、马口铁的表面处理：首先，分别采用400#和2000#砂纸对马口铁进行打磨和抛光，然后将马口铁在去离子水中超声波清洗10min，接着分别用去离子水、丙酮和无水乙醇冲洗3次，在n2流下干燥。

6、铜网的表面处理：将200#的铜网在丙酮中用超声波清洗10min，然后用丙酮和无水乙醇分别冲洗铜网3次，然后采用n2流将铜网吹干。

7、s2、涂料的配制：

8、将10g硅树脂、2g硅烷和3g环氧树脂加入20-50ml溶剂中，采用保鲜膜封住烧杯口，利用磁力搅拌器在25℃和500r/min下搅拌5min，使得硅树脂、硅烷和环氧树脂完全溶解；然后，将2-3g黏土、1-2g二氧化钛、1-2g二氧化硅和3g聚四氟乙烯微粉引入上述溶液中，利用磁力搅拌器在25℃和300r/min下搅拌30min；接着，将固化剂加入到悬浮液中，利用磁力搅拌器在25℃和300r/min下继续搅拌15min，得到均匀的含氟、硅及纳米颗粒的涂料。

9、s3、涂装过程：

10、采用日本岩田w-71型喷枪将涂料均匀的喷涂在马口铁和铜网表面上，其中，喷涂压力为1-2bar，喷涂角度为40-60°，喷涂距离为10-15cm。最后，将喷涂好的基体置于烘箱中120-150℃固化1-2h，进而获得具有超疏水性的多功能涂层。

11、优选地；所述步骤s2中溶剂的体积为30ml；

12、优选地：所述步骤s2中黏土的质量为2.75g；

13、优选地：所述步骤s2中二氧化硅粉末和二氧化钛粉末的质量比为5：7。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、本方法制备的超疏水涂层，其优点在于直接使用未改性的填料，建立具有多功能性的超疏水涂层体系；并且，喷涂技术成本低，方法简便，可适用于大部分基材；所制备的超疏水涂层在防结冰、自清洁、油水分离、耐腐蚀和机械稳定性方面表现优异，因而具有较好的应用潜力。

技术特征：

1.一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的硅树脂为环氧改性有机硅树脂、甲基硅树脂、苯基硅树脂、丙烯酸改性硅树脂、聚酯改性有机硅树脂和醇酸改性有机硅树脂中的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的硅烷为聚甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或组合。

4.根据权利要求1所述的一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的环氧树脂为e-44和e-51中的一种或组合。

5.根据权利要求1所述的一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的黏土为硅藻土、高岭土、蒙脱土、电气石、蛭石、白云石和膨润土中的一种或组合。

6.根据权利要求1所述的一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述的溶剂为乙酸乙酯，甲苯和二甲苯中的一种或组合。

技术总结
本发明涉及表面防护领域，具体涉及一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层的制备方法。针对生产生活中对于多功能涂层的迫切需求，本发明受天然荷叶表面特性的启发，利用一种简便的喷涂技术，在基体上设计制备一种具有仿生超疏水特性的多功能涂层。试验结果表明，所制备的涂层的水接触角(WCA)和水滑动角(WSA)分别达到152.2°和8°。本方法制备的超疏水涂层，其优点在于直接使用未改性的填料，建立具有多功能性的超疏水涂层体系；并且，喷涂技术成本低，方法简便，可适用于大部分基材；所制备的超疏水涂层在防结冰、自清洁、油水分离、耐腐蚀和机械稳定性方面表现优异，因而具有较好的应用潜力。

技术研发人员：郑再航,高美唤,廖晨晨
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16