一种疏水疏油防污涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种疏水疏油防污涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

超疏水超疏油（“双疏”）表面对水、油、各种有机溶剂、以及低表面能流体有150°以上的接触角。超疏水表面在自然界中很常见，很多植物、昆虫以及动物的毛都具有很好的超疏水效应，比如荷叶、水黾的脚、蜘蛛丝、蝴蝶翅膀等等。这些疏水表面还有抗污性能，表面污物污灰尘等可以被滚落的水珠带走而留下非常洁净的表面，这种表面自清洁效应，成为“荷叶效应”。研究表明，荷叶的超疏水性能是由于表面具有纳米-微米多级粗糙度，其粗糙表面被荷叶所分泌一薄层蜡状物质所覆盖。因此，在制备超疏水表面时，关键是要效构筑纳米-微米多级粗糙表面并使粗糙表面具有很低的表面自由能。

与超疏水表面相比，超疏油表面的制备难度更大。因为要耐有机溶液、表面的表面能要更低，而且表面应该有类似超疏水表面的纳米-微米多级粗糙度。大多数超疏油水表面有很好的疏水性质，它们能有效清理来自低表面能液体，如油脂、有机溶液等，的污染。同时防止了来自水基材料的污染。因为实际应用中会遇到很多油污的污染，因此具有“双疏”的表面可以有效阻止和减少各种污染物的附着，从而保证了清洁效果。

当双疏表面能够具有防止含有复杂成分的污物的污染，它们在实际应用中会具有更大的应用范围。实际应用中，污物的成分会很复杂，它们往往含有水，油脂，固体组分，和其它大分子、小分子、表面活性材料，以及生物活性物质。它们往往具有较强的附着能力。通常的防污能力是指污物在表面不容易粘附，或者附着力很小，用清水、湿毛巾或纸巾可以将附着的污物轻易地清除。

超疏水、超疏油技术的研究已经发展到了一个相当的水准，但实际可用的产品和化技术非常有限。主要的困难在于：1）使用有机溶剂，成本高，有安全隐患，而且对环境有污染；2）涂层牢度差，多数“双疏”材料表面不耐磨，与基底之间的附着力差。

技术实现要素：

针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种疏水疏油防污涂料及其制备方法和应用，该方法以水为溶剂大大降低了环境的污染和涂布过程中的安全隐患，提高了双疏涂层与基体粘附力，降低了制备成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种疏水疏油防污涂料，包括以下按质量分数计的原料：非极性粉体0.5-50%，硅烷耦合剂0.2-25%，水基分散剂0.5-25%，余量为水，其中水基分散剂的分子结构上包含亲水基团、疏水基团和疏油基团。

进一步改进的是，所述硅烷耦合剂为氟硅烷或硅氧烷。

进一步改进的是，所述非极性粉体为聚四氟乙烯、偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯,表面用非极性物质改性过的无机粉体，表面改性过的黏土，表面改性过的天然固体物质或蜡质，所述非极性粉体粒径为10-1000nm。

进一步改进的是，所述非极性粉体外包覆一层带有氟烷烃的小分子或聚合物。

进一步改进的是，所述水基分散剂为丙烯酸酯类高聚物、聚氨酯或含氟聚合物。

上述疏水疏油防污涂料的制备方法，先将非极性粉体和硅烷耦合剂混合均匀后，再加入水基分散剂搅拌均匀，最后加入水搅拌得涂料。

上述疏水疏油防污涂料在多孔类软材料或硬材料上的应用。

上述疏水疏油防污涂料在多孔类软材料或硬材料上的应用，所述多孔类软材料为纺织品或纤维。

上述疏水疏油防污涂料在多孔类软材料或硬材料上的应用，将多孔类材料浸渍涂料后，烘干得处理品。

上述疏水疏油防污涂料在多孔类软材料或硬材料上的应用，所述硬材料为玻璃、木材、塑料或砖。

上述疏水疏油防污涂料在多孔类软材料或硬材料上的应用，将疏水疏油防污涂料喷涂在硬材料上，干燥得处理品。

有益效果

与现有技术相比，本发明以水为溶剂大大降低了环境的污染和涂布过程中的安全隐患，提高了双疏涂层与基体粘附力，降低了制备成本。

附图说明

图1是本发明实施例1的涂料，左图为现配涂料，右图为放置一个月的涂料；

图2是用本发明涂料处理过的基材的“双疏”效果，其中1为丙三醇，2为橄榄油，3为水，4为矿物油，5为十六烷，6为石蜡油，每种液滴大小为5-20µL；

图3是用本发明涂料处理过的不同基材表面的电子显微镜照片；

图4是用本发明涂料处理过的纯棉织物经过2000次磨损测试后对水、橄榄油、十六烷接触角以及滚动角的变化情况，其中（a）为曲线变化图，（b）为这三种液滴在磨损后纯棉织物表面“双疏”效果图，1为水，2为橄榄油，3为十六烷；

图5是用本发明涂料处理过的纯棉织物经200次洗涤后的对水、橄榄油、十六烷接触角以及滚动角的变化情况，其中（a）为曲线变化图，（b）为这三种液滴在磨损后纯棉织物表面“双疏”效果图，1为水，2为橄榄油，3为十六烷；

图6是用本发明涂料处理过的不同基材耐酸碱情况，每种基材上的两种液滴分别为pH=1的硫酸（左），和pH=14的氢氧化钠（右）；

图7为未用本发明涂料处理的不同基材耐酸碱情况，其中1为丙三醇，2为橄榄油，3为水，4为矿物油，5为十六烷，6为石蜡油，每种液滴大小为5-20µL；

图8为用本发明涂料处理过的织物与未处理的同时放入沸水中煮沸5分钟后的对比图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

实施例1

一种疏水疏油防污涂料，包括以下按质量计的原料：聚四氟乙烯粉末1.5克，氟硅烷1克，Zonyl321 3克（购于杜邦公司），水100克。

上述疏水疏油防污涂料的制备方法，先是将聚四氟乙烯粉末、氟硅烷和Zonyl321混合均匀，然后超声搅拌混合物后，再加入水搅拌得涂料。

上述疏水疏油防污涂料在纺织品上的应用，将纺织品完全浸在涂料中约1分钟后烘箱中130℃下干燥1小时。处理后的纺织品表面具有很好的超“双疏”性能，水的接触角（CA）超过170℃，表面能为31mN/m的植物油的CA超过160℃，表面能为27.5mN/m的十六烷的CA超过152℃。将处理后的纺织品经过超2000次的重复磨损测试（如图4所示）和超200次的标准洗涤（如图5所示），仍能保持超“双疏”性能。与未处理的织物相比，将处理后的织物放入沸水中煮沸5分钟后取出仍然保持干的状态（如图8所示）。

上述疏水疏油防污涂料在玻璃、木头或金属上的应用，将涂料喷到玻璃、木头或金属表面，然后于中烘箱中130℃下干燥1小时。处理后的纺织品表面具有很好的超“双疏”性能，水的CA超过170℃，表面能为31mN/m的植物油的CA超过160℃，表面能为27.5mN/m的十六烷的CA超过152℃。

实施例2

一种疏水疏油防污涂料，包括以下按质量计的原料：聚偏氟乙烯 - 六氟丙烯1.5克，三氟甲基三甲基硅烷3克，含氟表面活性剂CC3.5g（购于杜邦公司），水100克。

上述疏水疏油防污涂料的制备方法，先是将聚偏氟乙烯 - 六氟丙烯，三氟甲基三甲基硅烷，含氟表面活性剂CC混合均匀，然后超声搅拌混合物1.分钟后，再加入水搅拌30分钟得涂料。

上述疏水疏油防污涂料在纺织品上的应用，将纺织品完全浸在涂料中约1分钟后烘箱中130℃下干燥1小时。处理后的纺织品表面具有很好的超“双疏”性能，水的CA超过160℃，表面能为31mN/m的植物油的CA超过155℃，表面能为27.5mN/m的十六烷的CA超过150℃。将处理后的纺织品经过超2000次的重复磨损测试和超200次的标准洗涤，仍能保持超“双疏”性能。

实施例3

一种疏水疏油防污涂料，包括以下按质量计的原料：氟化二氧化硅（SiO₂）1.5克，乙烯基三乙氧硅烷2克，含氟表面活性剂CTC 3g（购于杜邦公司），水100克。

上述疏水疏油防污涂料的制备方法，先是将氟化二氧化硅，乙烯基三乙氧硅烷，含氟表面活性剂CTC混合均匀，然后超声搅拌混合物1.分钟后，再加入水搅拌30分钟得涂料。

上述疏水疏油防污涂料在纺织品上的应用，将纺织品完全浸在涂料中约1分钟后烘箱中130℃下干燥1小时。处理后的纺织品表面具有很好的超“双疏”性能，水的CA超过160℃，表面能为31mN/m的植物油的CA超过156℃，表面能为27.5mN/m的十六烷的CA超过150℃。将处理后的纺织品经过超2000次的重复磨损测试和超200次的标准洗涤，仍能保持超“双疏”性能。

经过检测，本发明涂料处理后的纺织品表面在酸（pH<4）和碱（pH>10）溶液的侵蚀下，仍能疏水疏油防污；对于表面能大于22 mN/m的流体，接触角高于150°，滚动角小于20°，对于表面能小于22 mN/m的流体，接触角大于120°。

以上所述仅为本发明的实施例子，并不用以限制本发明，凡在本发明的设计思想和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。