一种不含氟的耐磨透明疏水涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种不含氟的耐磨透明疏水涂料及其制备方法和应用，属于疏水涂料技术领域。

背景技术：

在过去的几十年中，超疏水表面的自洁性、减阻性、抗污染性引起人们的广泛关注。微纳米结构和低表面能保证了表面的超疏水效果，但大多数天然和人造超疏水表面的机械耐久性都很差，透明度也无法应用于光学玻璃上，因此无法投入实际应用中。但在实际应用中，疏水表面同样能达到超疏水表面的自清洁效果，更重要的其可以做到持久性、耐磨性和高透明度。目前的疏水表面采用低表面能液体镀膜处理技术，主要使用憎水涂膜液，方法简单但使用寿命短，表面疏水效果不理想。此外，目前的超疏水或者疏水表面大都使用低表面能的碳氟化合物制造，美国环境保护局将长链碳氟化合物材料分类为新兴污染物，因为它们会缓慢分解为全氟辛酸，其被认为具有生物累积性对人体具有潜在的毒性。

因此，现有疏水涂料制备的疏水表面，往往存在透明度差，机械强度差，疏水效果保持时间短、疏水效果差、使用非环境友好型含氟原料、难以大规模生产、产品保质期短等问题。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不含氟的耐磨透明疏水涂料及其制备方法和应用，其制备方法简单、方便、普适、所得不含氟的耐磨透明疏水涂料可大面积制备不含氟的耐磨高透明疏水涂层。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种不含氟的耐磨透明疏水涂料，其主要由以下重量份比例的原料制成：

硅酸酯类0.05～1份，醇溶剂70～90份，共溶剂5～15份，长链烷基硅氧烷0.05～2份。

所述硅酸酯类为正硅酸四丁酯、正硅酸丙酯，硅酸乙酯或者正硅酸甲酯中的一种或几种。

所述醇溶剂为甲醇、乙醇或者异丙醇中的一种或几种。

所述共溶剂为去离子水。

所述含长链烷基硅氧烷为苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷和正辛基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

所述不含氟的耐磨透明疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：

取硅酸酯类和长链烷基硅氧烷，将其溶解在醇溶剂和共溶剂的混合溶剂中(使含长链烷基的硅氧烷和硅酸酯类物质自发地共水解-缩合，形成有机-无机杂化的疏水纳米凝胶网)，室温下搅拌10-48h，即可制得所述疏水涂料。

所述不含氟的耐磨透明疏水涂料在制备透明耐磨疏水表面中的应用，包括以下步骤：

先将基底擦拭干净并干燥，然后将所述疏水涂料进行喷涂或者蘸涂到基底表面，干燥后，擦拭至透明，即得。

所述基底为玻璃基底。

本发明在不含任何催化剂的情况下，含长链烷基的硅氧烷和硅酸酯类物质共水解-缩合，形成有机-无机杂化的疏水纳米凝胶网，长链烷基硅氧烷水解后接枝在凝胶网上提供低表面能，即可制得所述涂料；该涂料所制备的透明耐磨疏水涂层不含催化剂，环保不含有害长链氟，涂层在可见光的范围内的透过率高达91％-96％。通过简单的喷涂方法制备涂层，可以用于车窗玻璃、浴室玻璃以及光学玻璃上，在强烈泥水冲击下依然能保持玻璃全透明，很好的保护了玻璃表面。

本发明所制备的不含氟的耐磨高透明疏水涂料可直接喷涂或者蘸涂到各种玻璃基底上，具有长期有效、耐磨、透明的疏水效果，其对水的接触角大于100°，滑动角小于15°。本发明不含氟的耐磨高透明疏水涂料，非常适用于光伏玻璃、汽车玻璃、大厦玻璃、光学镜头玻璃等一系列玻璃基底，对玻璃表面起到很好的防水防污效果。

技术效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下技术优势：

1)环境友好，不含任何含氟物质；

2)工艺简单，原料易得，成本低廉；

3)具有很强的普适性，透明度非常好，适用于各种玻璃基底；

4)不含任何催化剂，产品保质期长；

5)持久性好，耐摩擦，附着力强，使用寿命长。

附图说明

图1为实施例1中所得涂层的水滴接触角光学照片。

图2为实施例2中所得涂层的可见光范围内透过率的测试结果，其中a线为所得涂层玻璃透过率，b线为纯玻璃透过率。

具体实施方式

为了更好的理解和应用本发明，下面将结合实施例进一步阐释本发明的内容。

实施例1

(1)在洁净的圆底烧瓶中加入70ml异丙醇，5ml去离子水，磁力搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min，在室温条件下搅拌5min。

(2)依次向(1)中加入0.05ml正硅酸四丁酯和0.1ml正硅酸甲酯，搅拌分散均匀后，再依次加入0.5ml的十八烷基三乙氧基硅烷和0.05ml的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，搅拌使其水解-缩合反应48h，搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂在洁净的玻璃片上，烘箱60℃干燥2h，干燥完成后，可用卫生纸擦拭至透明即可。

图1为所得涂层的水滴接触角光学照片。

实施例2：

(1)在洁净的圆底烧瓶中加入50ml异丙醇醇和50ml甲醇，10ml去离子水，磁力搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min，在室温条件下搅拌20min。

(2)依次向(1)中加入0.1ml正硅酸丙酯和0.5ml的十八烷基三甲氧基硅烷，搅拌反应24h，搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂在洁净的玻璃片上，烘箱50℃干燥3h，干燥完成后，可用卫生纸擦拭至透明即可。

图2为所得涂层的可见光范围内透过率的测试结果，其中a线为所得涂层玻璃透过率，b线为纯玻璃透过率。

实施例3：

(1)在洁净的圆底烧瓶中加入80ml甲醇，8ml去离子水，磁力搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min，在室温条件下搅拌10min。

(2)依次向(1)中加入0.3ml正硅酸四乙酯和0.8ml的十六烷基三甲氧基硅烷和0.2ml氨丙基三甲氧基硅烷，搅拌反应48h，搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂在洁净的玻璃片上，烘箱100℃干燥2h，干燥完成后，可用卫生纸擦拭至透明即可。经过检测，所得涂层能承受2000次磨损后仍保持疏水效果和高透明度。

实施例4：

(1)在洁净的圆底烧瓶中加入80ml乙醇和20ml异丙醇，10ml去离子水，磁力搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min，在室温条件下搅拌20min。

(2)依次向(1)中加入0.2ml正硅酸甲酯、0.4ml的十二烷基三甲氧基硅烷和0.1ml3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，搅拌反应10h，搅拌速度控制在500rad/min～800rad/min。

(3)反应(2)结束后，取(2)的悬浮液喷涂或者蘸涂在洁净的玻璃片上，烘箱60℃干燥2h，干燥完成后，可用卫生纸擦拭至透明即可。经过检测，所得涂层的折射率为1.46342，膜厚为0.3-0.5μm。

实施例5

与实施例1相同，不同之处仅在于如下：

硅酸酯类0.05份，醇溶剂70份，共溶剂5份，长链烷基硅氧烷0.05份。

经过性能检测，结果与上述实施例基本相同。

实施例6

与实施例1相同，不同之处仅在于如下：

硅酸酯类1份，醇溶剂90份，共溶剂15份，长链烷基硅氧烷2份。

经过性能检测，结果与上述实施例基本相同。