专利名称：一种可低温固化的超疏水表面及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于超疏水涂层材料技术领域，具体涉及一种可低温固化的超疏水表面及其制备方法与应用。
背景技术：
通常与水的接触角大于150°同时滚动角小于10°的固体表面被认为是超疏水表面。超疏水表面以其疏水、自清洁、防污等优良特性备受关注。这些性能具有广泛的应用价值，如超疏水技术用在船潜艇外壳上，不但减少了水的阻力，还能达到防污、防腐的功能；用在纺织品、皮革上还能制成防水防污的服装或皮鞋等；用在石油输送管道内壁、微量注射器上能防止粘附、堵塞和减少损耗。虽然目前制备超疏水表面涂层的方法比较多，但是各种技术还难以解决大面积疏 水涂层表面的制备，不少技术存在需要使用复杂的设备或者高温煅烧等问题，当基底材料为不耐高温的塑料等时，该类制备技术的应用则受到较大的限制。例如，中国专利申请号为200810232743. 6、发明名称为“一种硅橡胶表面疏水性涂层的制备方法”公开了一种超水性涂层的制备方法，该发明以正硅酸乙酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，在碱性催化的条件下，制备出二氧化硅溶胶，并加入硅烷偶联剂，对其进行改性处理；硅胶绝缘子表面清洁处理后，浸入改性的二氧化硅溶胶中进行提拉法镀膜，形成一次涂层，得到类似于芋头叶子的微纳米级粗糙结构；干燥后再浸入自制的氟硅烷溶胶中提拉法二次镀膜，然后放入烘箱中100 120°C热处理。一次涂层微纳米级粗糙结构经过具有地表面氟硅烷溶胶二次镀膜修饰，得到能耐酸碱的透明的疏水性涂层。但是该方法需要放在烘箱高温热处理，所以对于需要大面积处理的表面且不能高温处理的基材不适合用此方法。因此，如何通过简单制备工艺获得可低温固化的超疏水表面是亟待解决的问题。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种可低温固化的超疏水表面。本发明的另一目的在于提供上述超疏水涂层表面的制备方法。本发明的再一目的在于提供上述超疏水涂层表面的应用。本发明目的通过以下技术方案实现一种可低温固化的超疏水表面，包含以下按重量份计的组分硅橡胶8 10份
初级粒子20 25份
二级粒子I 2份
有机溶剂180 200份
交联剂I 2份
催化剂0.5 I份；其中，所述的硅橡胶为二甲基硅橡胶、二乙基硅橡胶、二苯基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、苯醚撑硅橡胶或氟硅橡胶中的一种或至少两种；
所述的初级粒子为聚四氟乙烯粉、聚丙烯粉中的一种或两种；所述的二级粒子为碳纳米管；所述的有机溶剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯、醋酸丙酯、环己烷、甲苯、二甲苯、乙醚或石油醚中的一种或至少两种；所述的交联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙酮肟基硅氧烷或α-ω 二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种；所述的催化剂为四甲基氢氧化铵、氯钼酸异丙醇、钼-四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物、钼-四甲基四乙烯基环四硅氧烷络合物或二月硅酸二丁基锡中的一种或至少两种。上述可低温固化的超疏水表面的制备方法，包括以下具体步骤(I)将8 10重量份硅橡胶作为基体加入到温度为45 50°C的180 200重量份有机溶剂中，搅拌40 60min后添加20 25重量份初级粒子，继续搅拌20 30min得到复合物溶液；(2)将I 2重量份二级粒子、I 2重量份交联剂和O. 5 I重量份催化剂加入到步骤(I)得到的复合物溶液中，超声震荡5 IOmin后，搅拌均匀得到超疏水涂层材料；(3)将步骤(2)得到的超疏水涂层材料涂敷于预处理后的基底表面，在温度为5 150°C下放置2 5个小时后得到可低温固化的超疏水表面；步骤(I)或步骤(2)中所述的搅拌的转速为200r/min 400r/min ；步骤(2)中所述的超声振荡的频率为40KHZ ；步骤(3)中所述的涂覆方式为通过用提拉法、涂刷法或喷枪喷涂方法；步骤(3)中所述的基底为铝片、塑料等；步骤(3)中所述的预处理为在涂覆前将基底进行除水、除油处理；步骤(3)中所述的温度优选为15 25°C。上述可低温固化的超疏水表面在不耐高温、面积较大或非平面复杂结构基底材料上的应用。本发明通过优选出几种硅橡胶物质，利用这些硅橡胶能低温固化的特性并优化整体技术方案，制备出一种在5 150°C的温度范围内均能实现固化的超疏水涂层表面。当以某些比较特殊的基底材料制备超疏水涂层时往往会出现制备的超疏水涂层表面不适宜进行烘烤，比如大型的船体表面、帆布表面等，本发明提供的该超疏水涂层表面则成功的解决了这类难题，只要把该涂料涂覆与基地材料表面即可制成超疏水涂层表面，即使是在5°C低温环境下亦能实现涂层表面的固化，这无疑使将超疏水涂层技术得到更广范围的应用。本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果(I)本发明的超疏水涂层制备方法工艺简单，原料常用易得，成本低，采用简单的机械搅拌方法就可以得到超疏水涂层材料，通过涂刷法、提拉法或喷枪喷涂方法即可得到超疏水涂层，易于实现工业上的应用。(2)本发明的超疏水涂层表面可以不需要加热、在较低的温度下反应固化，因此，能适用于不耐高温的基底、基底面积较大或非平面复杂结构的涂层表面的制备。(3)制备的超疏水表面,涂层表面稳定,放在空气中可一直保持超疏水,接触角最大可以达到160°，滚动角最小可以为4°，具有良好的自清洁性，较强的适用性。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例I(I)将8. Og 二甲基硅橡胶加入到温度为45°C的200. Og乙醇溶剂中，在400r/min转速下搅拌60min后加入20. Og聚四氟乙烯粉,于200r/min转速下继续搅拌30min得到复
合物溶液。(2)将2. Og碳纳米管、I. Oga-ω 二羟基聚二甲基硅氧烷和O. 50g 二月硅酸二丁基锡加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡IOmin后，在400r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的铝片表面，在温度为25°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μ L的去离子水滴于涂 层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics (公司名)SCA20)进行测定,选取5个不同的测试点取其平均值，得到该涂层表面的接触角为154.2°，其滑动角为7.1°。实施例2(I)将10. Og甲基苯基乙烯基硅橡胶加入到温度为50°C的180. Og异丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20. Og聚四氟乙烯粉,于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。(2)将I. Og碳纳米管、2. Og丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和l.Og四甲基氢氧化铵加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的铝片表面，在温度为150°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μ L的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics SCA20)进行测定,选取5个不同的测试点,得到该涂层表面的接触角为153. 5°，其滑动角为7. 6°。实施例3
(I)将9. Og苯醚撑硅橡胶溶解在45°C的90. Og乙醇和90. Og乙酸乙酯的混合溶液溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入I. Og聚苯乙烯粉,并继续磁力搅拌20分钟得到复合物溶液。(2)将I. Og碳纳米管、2. Og丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和I. Og钼-四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的铝片表面，在温度为95°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μ L的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics SCA20)进行测定,选取5个不同的测试点,得到该涂层表面的接触角为155. 1°，其滑动角为6. 8°。
实施例4(I)将10. Og甲基苯基乙烯基硅橡胶加入到温度为50°C的200. Og异丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20. Og聚四氟乙烯粉,于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。(2)将I. Og碳纳米管、2. Og丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和I. Og四甲基氢氧化铵加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的弯曲塑料表面，在温度为15°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μ L的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics SCA20)进行测定,选取5个不同的测试点,得到该涂层表面的接触角为153. 5°，其滑动角为7. 6°。实施例5(I)将8. Og 二甲基硅橡胶加入到温度为45°C的200. Og乙醇溶剂中，在400r/min转速下搅拌40min后加入20. OOg聚四氟乙烯粉,于200r/min转速下继续搅拌20min得到
复合物溶液。(2)将2. Og碳纳米管、I. Og正硅酸乙酯和O. 5g 二月硅酸二丁基锡加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的铝片表面，在温度为85°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4mL的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics SCA20)进行测定，接触角最大可以达到160°，滚动角最小可以为4°。对比实施例I(I)将10. Og聚苯基倍半硅氧烷加入到温度为50°C的200. Og异丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20. Og聚四氟乙烯粉，于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。
(2)将I. Og碳纳米管、2. Og丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和I. Og四甲基氢氧化铵加入到步骤(I)所得到的复合物溶液中，超声(40KHZ)震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。(3)用涂刷法将步骤(2)所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除水、除油的弯曲塑料表面，在温度为5°C反应两个小时后，得到超疏水涂层表面。(4)将步骤(3)所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μ L的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪(德国dataphysics SCA20)进行测定,选取5个不同的测试点,得到该涂层表面的接触角为113. 7°，其滑动角为29. 6°。从对比实施例可以看出，当将硅橡胶换成聚苯基倍半硅氧烷时，虽然最终也能在低温下制备出超疏水涂层表面，但是会出现涂层表面的接触角过小，滚动角过大的问题，该涂层表面满足不了实际应用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种可低温固化的超疏水表面，其特征在于包含以下按重量份计的组分 硅橡胶8 10份 初级粒子20 25份 二级粒子I 2份有机溶剤180 200份交联剂I 2份催化剂0.5 I份 ， 其中，所述的初级粒子为聚四氟乙烯粉、聚丙烯粉中的一种或两种；所述的二级粒子为碳纳米管。
2.根据权利要求I中所述的可低温固化的超疏水表面，其特征在于所述的硅橡胶为~■甲基娃橡月父、_■乙基娃橡13父、_■苯基娃橡13父、甲基乙稀基娃橡13父、甲基苯基娃橡13父、甲基苯基乙烯基硅橡胶、苯醚撑硅橡胶或氟硅橡胶中的一种或至少两种。
3.根据权利要求I中所述的可低温固化的超疏水表面，其特征在于所述的有机溶剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯、醋酸丙酯、环己烷、甲苯、二甲苯、乙醚或石油醚中的一种或至少两种； 所述的交联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙酮肟基硅氧烷或a二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种； 所述的催化剂为四甲基氢氧化铵、氯钼酸异丙醇、钼-四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物、钼-四甲基四乙烯基环四硅氧烷络合物或二月硅酸二丁基锡中的一种或至少两种。
4.权利要求I所述的可低温固化的超疏水表面的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤 (1)将8 10重量份硅橡胶作为基体加入到温度为45 50°C的20 200重量份有机溶剂中，搅拌40 60min后添加20 25重量份初级粒子，继续搅拌20 30min得到复合物溶液； (2)将I 2重量份二级粒子、I 2重量份交联剂和0.5 I重量份催化剂加入到步骤(I)得到的复合物溶液中，超声震荡5 IOmin后，搅拌均匀得到超疏水涂层材料； (3)将步骤(2)得到的超疏水涂层材料涂敷于预处理后的基底表面，在温度为5 150°C下放置2 5个小时后得到超疏水表面。
5.根据权利要求4所述的可低温固化的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤(I)或步骤(2)中所述搅拌的转速为200r/min 400r/min ； 步骤(2)中所述的超声振荡的频率为40KHZ ； 步骤(3)中所述的涂覆方式为通过用提拉法、涂刷法或喷枪喷涂方法。
6.根据权利要求4所述的可低温固化的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的基底为铝片、塑料。
7.根据权利要求4所述的可低温固化的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的预处理为在涂覆前将基底进行除水、除油处理。
8.根据权利要求4所述的可低温固化的超疏水表面的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的温度为15 25°C。
9.权利要求I 3任一项所述的可低温固化的超疏水表面在不耐高温、面积较大或非平面复杂结构基底材料上的应用。
全文摘要
本发明公开了一种可低温固化的超疏水表面及其制备方法。其中，本发明超疏水表面由包含8～10重量份硅橡胶、20～25重量份初级粒子1～2重量份二级粒子、180～200重量份有机溶剂、1～2重量份交联剂以及0.5～1重量份催化剂制得，原料常用易得，成本低，制备方法工艺简单，所得到的超疏水涂层表面可以不需要加热、在较低的温度下反应固化，能适用于不耐高温的基底、基底面积较大或非平面复杂结构的涂层表面的制备。
文档编号C09D183/04GK102702881SQ20121020379
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者唐开, 张立志, 裴丽霞 申请人:华南理工大学