一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层及制备方法与流程

本发明涉及超疏水涂料的制备领域，尤其涉及一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层及制备方法。

背景技术：

1、自然界中，荷叶表面的污染物可以通过水滴的滚落和反弹所移除，从而维持叶面的清洁状态，呈现出优异的自清洁性能。这种接触角高于150°，滑动角小于10°的表面被定义为超疏水表面。通过对荷叶表面微观结构的分析，发现这种天然的超疏水性和自清洁性能依赖于荷叶表面微米的突起和突起表面纳米尺度的蜡晶结构。受到荷叶的启发，人工超疏水表面通过构建微纳米多尺度粗糙结构和低表面能材料逐渐发展起来。这些超疏水表面具有自清洁、防冰疏冰，防腐，减阻等独特的性能，因此在各个领域有着极大的潜在的应用。

2、在过去的几年里，研究者们使用静电纺丝、电沉积、物理或化学气相沉积等方法开发了各种超疏水涂层。其中喷涂技术是一种传统但简便的方法，可以很好地应用于各种基材上，无论是平面的还是弯曲的，这有利于超疏水涂层的大规模制备。

3、超疏水涂层的构建通常需要多尺度的微纳米粗糙结构和低表面化学成分两个基本特征，最普遍的制备超疏水涂层方法就是将无机颗粒加入到聚合物基质中。为了实现理想的微、纳米粗糙度特征，一种方式是加入大量纳米无机颗粒，纳米颗粒在范德华力的作用下发生团聚导致相分离以形成微米粗糙结构，纳米颗粒本身的纳米尺度产生纳米粗糙结构；另一种方式是同时加入纳米、微米无机颗粒，以颗粒自身形态形成微、纳米粗糙度。但过多无机颗粒的添加导致涂层较差的机械强度；另一方面，涂膜表面的纳米颗粒由于缺乏与涂膜树脂间的锚固机制，或由于纳米颗粒浮在树脂表面，锚固面积过小。在受到外力作用下，脆弱的纳米结构很容易被磨损使得涂层的超疏水性丧失。超疏水涂层较差的机械耐久性限制了其实际应用，这是当前超疏水涂层需要攻克的主要难点之一。

4、在多尺度结构的构建中，坚固的微米尺度突起可以提升疏水性，更重要的是它们可以为更为脆弱的纳米级粗糙度结构提供保护，作为抗磨损的“盔甲”，而纳米尺度结构赋予涂层较强的疏水性。因此，通过添加微米和纳米尺度的粗糙化材料可以制备耐久性较好的超疏水涂料。然而，在这种微、纳分体结构中，由于分布于微米颗粒顶部的纳米颗粒仍然易受到磨损，微米尺度颗粒对纳米尺度颗粒的保护性有限；微米尺度和纳米尺度粗糙化材料的选择和配比对微纳米粗糙结构的影响很大，为层次结构的控制带来一定难度；另一方面，喷涂制备超疏水涂层的过程中，高浓度的纳米颗粒的应用存在一定的健康问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层及制备方法，解决当前超疏水涂层制备技术的耐久性问题和所带来的健康问题。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层，包括含有疏水改性的天然微纳一体化颗粒的液体涂层或粉末涂层；所述天然纳微一体化材料包括多孔硅胶、多孔碳化硅、沸石粉、硅藻土、高岭土、蒙脱土、蛭石粉、伊利石粉、多孔浮石粉、多孔氧化铝粉、海泡石、凹凸棒石、坡楼石粉天然无机材料中的一种或多种；所述天然微纳一体化材料的中粒径大小为1-50微米，孔径为0.5-100nm。

4、本发明还提供一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层的制备方法，包括：预先疏水化处理天然微纳一体化颗粒；将疏水化处理后的天然微纳一体化颗粒，引入液体涂层或粉末涂层；

5、或先将天然微纳一体化颗粒，引入液体涂层或粉末涂层体系后，再进行疏水改性。

6、与现有技术相比，本发明的有益结果是：

7、(1)纳微一体化结构大大提升了微米尺度结构对纳米尺度结构的保护能力。

8、(2)纳微一体化结构的应用降低了构建层次结构的难度，尤其是双喷涂法的提出，大大降低了构建层次粗糙度的复杂性。

9、(3)在喷涂过程中，负载有纳米粗糙度的微米颗粒的使用，降低了纳米颗粒对人体健康的影响。

技术特征：

1.一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层，其特征在于，所述耐久性超疏水涂层包括含有疏水改性的天然微纳一体化颗粒的液体涂层或粉末涂层；所述天然纳微一体化材料包括多孔硅胶、多孔碳化硅、沸石粉、硅藻土、高岭土、蒙脱土、蛭石粉、伊利石粉、多孔浮石粉、多孔氧化铝粉、海泡石、凹凸棒石、坡楼石粉中的一种或多种；所述天然微纳一体化材料的中粒径大小为1-50微米，孔径为0.5-100nm。

2.根据权利要求1所述的一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层，其特征在于：所述液体涂层的主要成膜体系为环氧类、丙烯酸类、聚氨酯类、丙烯酸聚氨酯类、氟碳类、醇酸类、酚醛类、氯化橡胶类、高氯化聚乙烯类、过氯乙烯类、有机硅类、硝基类。

3.根据权利要求1所述的一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层，其特征在于，所述粉末涂层包括聚乙烯粉末涂料、聚丙烯粉末涂料、聚氯乙烯粉末涂料、聚苯硫醚粉末涂料、聚酰胺粉末涂料、环氧粉末涂料、聚酯环氧粉末涂料、纯聚酯粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、聚酯丙烯酸粉末涂料、氟树脂粉末涂料中的一种或多种。

4.根据权利要求2或3所述的一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层，其特征在于，所述天然纳微一体化材料在涂料体系中的质量比为2-50％。

5.一种根据权利要求1所述的含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述疏水改性剂包括含有长烷基链硫醇、烷基或氟化有机硅烷、全氟烷基试剂、长烷基链脂肪酸等活性分子的试剂以及基于pdms的聚合物，所述基于pdms的聚合物包括六甲基二硅氮烷、氨基硅油、聚二甲基硅氧烷、十八烷基三氯硅烷、氟硅烷等中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述先将天然微纳一体化颗粒，引入液体涂层体系后，再进行疏水改性的步骤，包括：

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述预先疏水化处理天然微纳一体化颗粒；将疏水化处理后的天然微纳一体化颗粒，引入液体涂层或粉末涂层的步骤，包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述先将天然微纳一体化颗粒，引入粉末涂层体系后，再进行疏水改性的步骤，包括：

技术总结
本发明涉及超疏水涂料的制备领域，尤其公开了一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层；包括含有疏水改性的天然微纳一体化颗粒的液体涂层或粉末涂层；所述天然纳微一体化材料包括多孔硅胶、多孔碳化硅、沸石粉、硅藻土、高岭土、蒙脱土、蛭石粉、伊利石粉、多孔浮石粉、多孔氧化铝粉、海泡石、凹凸棒石、坡楼石粉中的一种或多种；所述天然微纳一体化材料的中粒径大小为1‑50微米，孔径为0.5‑100nm。本发明还公开了一种含天然纳微一体化材料的耐磨超疏水涂层的制备方法；本发明利用纳微一体化结构制备超疏水涂层，大大降低了构建涂层粗糙度的难度和复杂性，同时通过微米尺度结构对纳米尺度结构的保护能力，大幅提升了涂层的耐磨性。

技术研发人员：祝京旭,张海萍,张辉
受保护的技术使用者：广东西敦千江粉漆科学研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15