一种防燃型超疏水涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料制备领域，特别涉及一种防燃型超疏水涂料及其制备方法。

背景技术：

随着超疏水材料技术的不断开发和利用，近年来，发展了以下超疏水表面的制备技术：湿法/反应离子刻蚀、压印、机械加工、激光烧蚀、化学/电化学氧化、化学/电化学沉积、溶胶-凝胶、水热合成、热喷涂等。然而，昂贵的仪器设备和苛刻的工艺条件使得这些制备超疏水涂层/薄膜技术难以进行规模化工业生产，且存在较易被破坏的风险。为了解决这些难题，通过喷涂涂膜法将制备的超疏水涂料均匀的喷涂于基底表面形成超疏水涂层的技术已经被开发成为一种新型的构建超疏水膜层的方法，并得到了较为广泛的应用。

然而，就目前所使用的超疏水涂料均采用诸如乙醇、异丙醇、石油烃、丙酮等易燃型的有机溶剂来作为分散剂或溶解剂，使得超疏水涂料在制备、生产、运输等过程中存在较大安全隐患，大大的局限了超疏水涂层的规模生产、施工环境以及批量运输。其次，在超疏水涂层添加物中往往含有一些可燃性颗粒，如碳纳米管、有机粉体等，也会使得超疏水涂料在实际应用中存在安全隐患。所以，开发一种防燃型超疏水涂料是克服其易燃性的一项重要工作，是成为提高超疏水涂料使用安全等级的关键因素。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的涂料的易燃性问题，提供了一种防燃型超疏水涂料及其制备方法，以使得在生产、运输和施工过程中提高安全等级。该技术设备及工艺简单、操作简易、成本低廉，易于工业化规模生产。

本发明的技术方案为：一种防燃型超疏水涂料，原料以重量份计：无机纳米颗粒1-10份，氟硅烷0.01-1份，低熔点合金粉或有机树脂粉1-10份，助剂0.01-1份，颜料粉末0.1-2份，氢氟醚100-500份。

所述的氢氟醚包括六氟丙醚、六氟丁醚、九氟丁基甲醚、环氟醚、环氟烯醚中的任一种或任几种的混合物。

所述的无机微纳米颗粒包括二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、氧化钙、粘土粉、污泥粉、云母粉、硅微粉、玻璃微珠、粉煤灰中的任一种或任几种复配获得的粉料，粒径为10nm-20μm。

所述的氟硅烷端基包括乙氧基、甲氧基、异丙基或氯基中的任一种。

所述的低熔点合金粉包括Sn-Pb、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-In系列低温合金粉中的任一种或任几种的混合物，粒径为1-20μm。

所述的助剂包括分散剂、防沉剂和松香，重量比为分散剂：防沉剂：松香＝1：1：1，其中，防沉剂可以是膨润土和气相二氧化硅中的一种

所述的颜料包括铁锈红、钛白粉、炭黑、永固紫中的任一种。

所述的有机树脂分包括聚丙烯、聚乙烯、有机硅、氟树脂，粒径在1-20μm。

所述的防燃型超疏水涂料的制备方法，包括下列步骤：将无机微纳米颗粒加入到氢氟醚溶剂中，经超声分散再室温机械搅拌均匀后，再按配比添加低熔点合金粉或有机树脂粉、助剂和颜料粉末，继续搅拌反应，最后滴加氟硅烷，室温搅拌，即获得均匀分散的防燃型超疏水涂料。

所述的防燃型超疏水涂料的使用方法，使用时，涂料进行剧烈搅拌均匀后，再喷涂或刷涂于软硬基底表面，最后再烘干，即获得具有阻燃性的超疏水涂层。

有益效果：

(1)本发明所述的防燃型超疏水涂料，使用的原材料均为无机或合金粉末，不存在燃烧问题，加入的助剂和氟硅烷虽然为有机物，但含量极少，且加入后与粉末形成化学结合，包覆于粉末表面，余量也均匀分散在涂料中，不会产生燃烧问题。所以本发明的防燃型超疏水涂料在点火或靠近火种时不燃烧，喷涂雾化时不燃烧，形成的涂层也具有阻燃。

(2)涂料中的无机微纳米粉体成膜后，可有效构建微纳米粗糙结构，从而获得超疏水表面。

(3)涂料中的合金粉末熔点为100-200℃，涂料成膜后，在此温度区间处理一定时间后，即可熔化，能对纳米颗粒起到很好的粘接作用。同时，加入松香一方面可防止合金粉熔体的氧化，一方面还可降低合金熔体的表面张力，增加熔体与无机颗粒的润湿性，进一步提高合金粉对无机颗粒的粘接效果。

(4)助剂的加入，不但有效提高了涂料的分散效果，防止大颗粒的沉降，同时还提高了涂层的强度。

(5)氢氟醚是氯氟烃、氢氟烃类化合物的替代品，对地球臭氧层的破坏能力低，大气停留时间段，且ODP为零，安全低毒、无腐蚀性、不燃、不产生烟尘，易于储藏和运输，常被用作制冷剂和清洗剂，表面张力和蒸发热低，是良好的有机溶剂，极易挥发。本发明以氢氟醚为溶剂，不但有效提高了涂料和涂层的性能，还消除了常规涂料的易燃性问题，拓展了超疏水涂层的应用范围和降低了其环境需求，在生产、运输和施工过程中有效提高了安全等级。

(6)本发明所述涂料制备的涂层具有很好的阻燃性，可显著提高基底的防燃效果，还可调整颜色，获得不同的装饰效果。

(7)本发明方法所用设备及工艺简单，操作简易且成本低廉，反应条件温和，能耗小，成本低，重复性好，适宜于大规模生产。涂料软硬基底均可使用。

附图说明：

图1.玻璃基底上涂层的水接触角和滚动角。

图2.金属基底上涂层的水接触角和滚动角。

图3.建筑材料基底上涂层的水接触角和滚动角。

图4.软基底上涂层的水接触角和滚动角。

图5.易燃型超疏水涂料(A)和防燃型超疏水涂料(B)的防燃实验。

图6.于200℃基底上喷涂的涂层冷却至室温后的水接触角和滚动角。

具体实施方式：

一种防燃型超疏水涂料及其制备方法，所述防燃型超疏水涂料在点火或靠近火种时不燃烧，喷涂雾化时不燃烧，形成的涂层也具有阻燃性，是按一定比例，将无机微纳米颗粒、氟硅烷、低熔点合金粉、助剂和颜料粉末分散于氢氟醚中制备而成，以重量份计：无机纳米颗粒1-10份，氟硅烷0.01-1份，低熔点合金粉1-10份，助剂0.01-1份，颜料粉末0.1-2份，氢氟醚100-500份，可刷涂或喷涂于各种软硬基底上，再经低温固化可获得阻燃型超疏水涂层。

所述的氢氟醚可以是六氟丙醚、六氟丁醚、九氟丁基甲醚、环氟醚、环氟烯醚中的任一种或两种及以上的混合溶剂。

所述的无机微纳米颗粒是粒径为10-200nm或1-20μm的二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、氧化钙、粘土粉、污泥粉、云母粉、硅微粉、玻璃微珠、粉煤灰等粉体中的任一种或多种颗粒复配获得的粉料。

所述的氟硅烷端基是乙氧基、甲氧基、异丙基或氯基中的任一种。

所述的软硬基底包括玻璃、铜、铝、不锈钢、外墙砖、木材、纸、布中的任意一种。

所述的低熔点合金粉是指粒径为1-20μm的Sn-Pb、Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-In等系列低温合金粉中的一种或两种以上的混合物。

所述的助剂包括分散剂、防沉剂和松香(增加合金粉熔化时的润湿性，)，重量比例为分散剂：防沉剂：松香＝1：1：1，其中，防沉剂可以是膨润土和气相二氧化硅中的一种。

所述的颜料包括铁锈红、钛白粉、炭黑、永固紫中的任一种。

所述的制备方法包括下列步骤：将无机微纳米颗粒加入到氢氟醚溶剂中，经超声分散10-60min和室温机械搅拌10-60min后，再按配比添加合金粉、助剂和颜料，继续搅拌30-60min，最后滴加氟硅烷，室温搅拌24-72h，即可获得均匀分散的防燃型超疏水涂料。

所述的合金粉还可更换为聚丙烯、聚乙烯、有机硅、氟树脂等尺寸在1-20μm左右的粉料，浓度与合金粉相同。

使用时，涂料需进行剧烈搅拌5-10min，再喷涂或刷涂于基底表面，最后在100-200℃的烘箱中放置30-60min，即可获得具有阻燃性的超疏水涂层。

实施例1

将0.1g粒径为100-200nm的二氧化钛纳米粒子和0.1g粒径为1-20μm的粉煤灰颗粒加入10g九氟丁基甲醚溶剂中，超声分散10min，随后机械搅拌60min，再加入0.1g粒径为1-20μm的Sn-Pb合金、1mg混合助剂(等份的分散剂、防沉剂和松香)和10mg铁锈红，继续搅拌30min，最后加入1mg氟硅烷继续搅拌/氟化24h，将该涂料均匀喷涂于玻璃基底上并在100℃烘箱中干燥30min获得超疏水涂层，其水接触角为164.2°，滚动角为2.7°(图1)。

实施例2

将0.5g粒径为10-100nm的气相二氧化硅加入50g九氟丁基甲醚溶剂中，超声分散30min，随后机械搅拌30min，再加入1g粒径为1-20μm的Sn-Zn合金、10mg混合助剂和50mg钛白粉，继续搅拌60min，最后加入5mg氟硅烷，继续机械搅拌/氟化36h，将获得的超疏水涂料，均匀喷涂于金属(铜、铝、不锈钢等)基底上并在200℃烘箱中干燥60min获得超疏水涂层，其水接触角为159.7°，滚动角为2.5°(图2)。

实施例3

将0.5g粒径为10-50nm的纳米氧化锌和0.5g粒径为10-20μm的污泥粉加入50g六氟丁醚溶剂中，超声分散60min，随后机械搅拌60min，再加入0.5g粒径为1-20μm的等质量混合的Sn-Zn和Sn-Bi合金、以及100mg混合助剂和200mg炭黑，继续搅拌60min，最后加入10mg氟硅烷，继续机械搅拌/氟化72h，将获得的涂料均匀喷涂于建筑材料基底上并在200℃烘箱中干燥60min获得超疏水涂层，其水接触角为153.3°，滚动角为3.6°(图3)。

实施例4

将0.5g粒径为100-200nm的二氧化钛和0.5g粒径为1-10μm的硅微粉加入50g九氟丁基甲醚溶剂中，超声分散60min，随后机械搅拌60min，再加入0.1g粒径为10-20μm的聚丙烯粉末、10mg混合助剂和10mg钛白粉，继续搅拌60min，最后加入5mg氟硅烷，继续机械搅拌/氟化72h，将获得的涂料均匀喷涂于软基底上并在100℃烘箱中干燥30min获得超疏水涂层，其水接触角为156.4°，滚动角为4.2°(图4)。

实施例5

将上述实施例2中的防燃涂料与同配方的以无水乙醇替代九氟丁基甲醚的易燃型涂料同时放于通风橱内，用明火火焰对其进行点燃，结果表明以无水乙醇作为有机溶剂的易燃型涂料极易被点燃(图5A)，本发明方法制备的防燃型超疏水涂料没有引火点，在明火火焰下持续点燃3-5min，除部分溶剂挥发外，没有明显的燃烧迹象，移开火焰，涂料外观没有明显变化(图5B)，喷涂于基底表面依然能获得超疏水涂层。

实施例6

将金属铜置于200℃高温烘箱中待其温度稳定后，再立即将上述实施例2所述的防燃型超疏水涂料在其表面均匀的喷涂于基底表面，喷涂过程中没有出现燃爆迹象，待金属铜冷却至室温后获得超疏水涂层，其水接触角为156.4°，滚动角为2.9°(图6)。