本发明属于材料学领域，涉及一种涂层材料，具体来说是一种具有超亲水性能的新型涂层材料及其制备方法。
背景技术
“自清洁”概念始于20世纪90年代，自清洁根据其原理的不同分为超疏水和超亲水两类，超疏水涂层为水接触角＞150°，滚动角＜10°的涂层，其自清洁原理主要通过表面水珠的滚动带走表面污染物实现自清洁效果；超亲水涂层则是水接触角＜5°，通过在表面形成水膜而带走表面污染物最终实现自清洁效果。
近些年，通过控制固体表面的润湿性而产生的超润湿表面受到了业界的关注，其中超亲水表面(表面水的接触角小于5°)由于其在自清洁和防雾等领域拥有巨大的潜在应用价值更是成为了研究热点。超亲水涂层因水的接触角接近于0°，小水滴与涂层接触时便迅速铺展开，形成均匀的水膜，不会影响产品的光学性能，同时水膜可起到阻挡、隔离污物的效果，可实现油、污物等的易清洁效果。
目前，研发超亲水涂层材料时，一种常见的设计思路是对涂层材料表面进行化学修饰，枝接大量的亲水性官能团，利用表面大量的亲水官团来达到超亲水效果。其中，磺酸基是一类稳定性良好的亲水官能团，可以枝接到二氧化硅纳米颗粒的表面来得到超亲水的纳米二氧化硅，进而制备超亲水涂层。总体来说，目前这些技术的超亲水涂层的自清洁、防雾效果及耐久性或制备条件尚不理想。
技术实现要素：
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有超亲水性能的新型涂层材料及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种具有超亲水性能的新型涂层材料，包括以下重量百分比的组份：40-60份聚苯乙烯树脂，40-60份有机高分子复合物，颜料20-30份，填料5-10份，固化剂5-10份，分散剂1-3份，流平剂1-3份，催干剂1-3份，增塑剂1-3份，成膜助剂1-3份，溶剂汽油100份；
其中，所述有机高分子复合物为式(i)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；
式(i)所示的聚合物的结构式为：
式中，n为500～2000之间的整数。
优选地，所述填料为质量比为(2-4):1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比(1-3)：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:(1-3)的tegodispers610分散剂和tegodispers630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:(3-5)的byk-306和byk-330的混合物；所述催干剂质量比(2-3):1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比(1-2):1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比(2-3):1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
本发明还提供了上述具有超亲水性能的制备方法，包括以下步骤：
(1)有机高分子复合物的制备，包括以下步骤：
(1.1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在催化剂作用下反应8-12h，降温至300℃，即得式(i)所示的聚合物；
(1.2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(i)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；
(2)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
(3)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60hz；
(4)冷却，粗粉碎，得片状物；
(5)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
(6)将步骤(5)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.1-0.2kpa，时间为1-2h。
步骤(1.1)中，催化剂选自磷酸三苯酯、三乙胺、乙二胺中的一种或几种。
步骤(1.1)中，硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为(1～1.2)∶1。
步骤(1.2)中，聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(i)所示的聚合物的摩尔比为(1～1.2)：(0.4-0.6)∶1，其中，式(i)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
有益效果：本发明提供的涂层材料结构简单、制备工艺简单、成本低廉，纳米二氧化硅与聚丙烯酰胺和新的聚合物复合不仅提高了亲水性能，而且提高了稳定性。
具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
实施例1
有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在磷酸三苯酯作用下反应10h，降温至300℃，即得式(i)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.1∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1670。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(i)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(i)所示的聚合物的摩尔比为1.1：0.5∶1，其中，式(i)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角2°。
实施例2
有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在三乙胺作用下反应8h，降温至300℃，即得式(i)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1510。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(i)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(i)所示的聚合物的摩尔比为1：0.6∶1，其中，式(i)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角3°。
实施例3
有机高分子复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体的保护、350～400℃下，将硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦在乙二胺作用下反应12h，降温至300℃，即得式(i)所示的聚合物；硫酸二甲酯与4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的摩尔比为1.2∶1；
取样，冷却降至室温，真空干燥，水洗、烘干和粉碎，检测聚合度为1530。
(2)以20℃/h的速度降温至200℃，同时加入聚丙烯酰胺；恒温1-3h，同时加入纳米二氧化硅；冷却后真空干燥，即得式(i)所示的聚合物、纳米二氧化硅和聚丙烯酰胺的复合物；聚丙烯酰胺、纳米二氧化硅与式(i)所示的聚合物的摩尔比为1.2：0.4∶1，其中，式(i)所示的聚合物以4,4’-二氨基苯基羟基氧化膦的用量计。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角2°。
利用实施例1至3的有机高分子复合物制备具有超亲水性能的新型涂层材料。
实施例4
具有超亲水性能的新型涂层材料，包括以下重量百分比的组份：50份聚苯乙烯树脂，50份有机高分子复合物，颜料25份，填料7.5份，固化剂7.5份，分散剂2份，流平剂2份，催干剂2份，增塑剂2份，成膜助剂2份，溶剂汽油100份。
优选地，所述填料为质量比为3:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比2：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:2的tegodispers610分散剂和tegodispers630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:4的byk-306和byk-330的混合物；所述催干剂质量比2.5:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比1.5:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比2.5:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
上述具有超亲水性能的新型涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
(2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60hz；
(3)冷却，粗粉碎，得片状物；
(4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
(5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.2kpa，时间为2h。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角2°。
实施例5
具有超亲水性能的新型涂层材料，包括以下重量百分比的组份：40份聚苯乙烯树脂，60份有机高分子复合物，颜料30份，填料5份，固化剂10份，绝缘剂4份，分散剂3份，流平剂1份，催干剂3份，增塑剂1份，成膜助剂3份，溶剂汽油100份。
优选地，所述填料为质量比为2:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比3：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:1的tegodispers610分散剂和tegodispers630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:5的byk-306和byk-330的混合物；所述催干剂质量比2:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比2:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比3:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
上述具有超亲水性能的新型涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
(2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60hz；
(3)冷却，粗粉碎，得片状物；
(4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
(5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.2kpa，时间为1h。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角3°。
实施例6
具有超亲水性能的新型涂层材料，包括以下重量百分比的组份：60份聚苯乙烯树脂，40份有机高分子复合物，颜料20份，填料10份，固化剂5份，绝缘剂6份，分散剂1份，流平剂3份，催干剂1份，增塑剂3份，成膜助剂1份，溶剂汽油100份。
优选地，所述填料为质量比为4:1的碳酸钙和滑石粉的混合物；所述固化剂为质量比1：1四氢苯二酸酐或乙烯基三胺；所述分散剂为质量比1:3的tegodispers610分散剂和tegodispers630分散剂的混合物；所述流平剂为质量比1:3的byk-306和byk-330的混合物；所述催干剂质量比3:1的环烷酸和塔油酸的混合物；所述增塑剂为质量比1:1的环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯的混合物；所述成膜助剂为质量比2:1的酮醇酯有机化合物和二亚烷基二醇苯基醚的混合物。
上述具有超亲水性能的新型涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取有机高分子复合物、颜料、填料、固化剂、分散剂、流平剂、催干剂、增塑剂和成膜助剂，将其预混合；
(2)将预混合的物料进行熔融挤出，挤出参数为：一区110℃，二区100℃，螺杆转速60hz；
(3)冷却，粗粉碎，得片状物；
(4)片状物至于球磨机中球墨，球磨机转速为1000-1100rpm，得混合物；
(5)将步骤(4)的混合物真空冷冻干燥，再在旋风分离器中收集，即得；冷冻干燥真空压力为0.1kpa，时间为2h。
将具有超亲水性能的新型涂层材料涂覆于基板上，测定：滚动角3°。