一种长寿命超疏水复合涂层及其制备方法与流程

本发明涉及超疏水材料，尤其涉及一种长寿命超疏水复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、润湿性是固体材料表面的重要性质之一，决定材料表面润湿性能的关键因素包括材料表面的化学组成和表面的微观几何结构，行业内将静态水接触角大于150°、滚动角小于10°的表面称为超疏水表面，其在自清洁、流体减阻及微流体无损输送、生物技术等领域具有广阔的应用前景。

2、研究表明，微纳米复合结构和低表面能是构成超疏水结构的必要条件。目前，制备超疏水表面的方法主要有两大类：一类是“自上而下”型，即在低表面能表面之上构筑微纳米表观结构，通常采用化学沉积法、溶胶-凝胶法等方式。该方法具有原材料种类丰富、成本低、反应条件及使用设备简单、适用基材种类广等优点，但由于微纳米构造与基材难以粘接牢固因而导致耐磨性较差，尤其在户外雨水冲刷等严苛环境下最快数小时即失去超疏水效果。

3、另一类是“自下而上”型，即在微纳米表观结构表面添加一层具有低表面能的物质，通常采用激光刻蚀、化学腐蚀等方式构建微纳米表观结构，再覆盖一层低表面能物质达到超疏水效果。该方法主要技术优点为微纳米结构状态稳定，耐磨性能突出，因此具有较长使用寿命。然而，该类方法适用基材范围较窄，如激光刻蚀法适用于硅晶片、金属，化学腐蚀法适用于金属等，同时该类方法往往需要复杂、昂贵的设备、严苛的环境条件，因此只能在一些小范围、高附加值的领域进行应用。

4、因此，针对现有技术的问题，如何得到一种制备过程简单、成本低、适用范围广且具备耐磨性能的超疏水涂层，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种长寿命超疏水复合涂层及其制备方法，用以解决现有超疏水材料不能兼具制备过程简单、成本低且耐磨性能突出的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种长寿命超疏水复合涂层，所述长寿命超疏水复合涂层由底层和面层组成，所述底层由水性单组分氟碳树脂和吸水膨胀聚氨酯微米颗粒组成；所述面层由疏水改性纳米二氧化硅、无水乙醇和硅烷偶联剂组成。

4、进一步的，所述吸水膨胀聚氨酯微米颗粒和水性单组分氟碳树脂的体积比为30～60：40～70。

5、进一步的，所述吸水膨胀聚氨酯微米颗粒的体积吸水膨胀率为2～4倍，微米颗粒的平均尺寸为30～60μm。

6、进一步的，所述疏水改性纳米二氧化硅、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量比为0.5～1.5：98～99：0.5～1.5。

7、进一步的，所述疏水改性纳米二氧化硅为瓦克hdk h2000，所述硅烷偶联剂包含全氟辛基三甲氧基硅烷或全氟癸基三甲氧基硅烷。

8、进一步的，所述底层由底层材料制备得到，所述底层材料的制备方法包括如下步骤：

9、1)将吸水膨胀聚氨酯破碎为30～60微米的颗粒；

10、2)将上述颗粒放入水中饱和吸水至完全膨胀，之后分散于水性单组分氟碳树脂中，即得到底层材料。

11、进一步的，所述面层由面层材料制备得到，所述面层材料的制备方法包括如下步骤：

12、1)将疏水改性纳米二氧化硅分散于无水乙醇中，得到疏水改性纳米二氧化硅乙醇分散液；

13、2)将疏水改性纳米二氧化硅乙醇分散液和硅烷偶联剂混合后，即得到面层材料。

14、本发明提供了一种长寿命超疏水复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

15、1)将底层材料涂覆于基材表面，待表干后进行固化处理，得到底层；

16、2)将面层材料喷涂于底层表面，固化后得到长寿命超疏水复合涂层。

17、进一步的，所述步骤1)中，固化处理的温度为120～140℃，固化处理的时间为20～24h；所述基材为金属板。

18、进一步的，所述喷涂的压力为0.5～0.8mpa，喷幅为20cm，喷涂的次数为2～4遍。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提出一种长寿命超疏水复合涂层及其制备方法，既具有“自上而下”型方法中的制备过程简单、成本低、适用基材范围广的技术优势，也具有“自下而上”型方法中的微纳米结构状态稳定，耐磨性能突出的技术优势，以达到长寿命超疏水的技术效果。

技术特征：

1.一种长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述长寿命超疏水复合涂层由底层和面层组成，所述底层由水性单组分氟碳树脂和吸水膨胀聚氨酯微米颗粒组成；所述面层由疏水改性纳米二氧化硅、无水乙醇和硅烷偶联剂组成。

2.根据权利要求1所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述吸水膨胀聚氨酯微米颗粒和水性单组分氟碳树脂的体积比为30～60：40～70。

3.根据权利要求1或2所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述吸水膨胀聚氨酯微米颗粒的体积吸水膨胀率为2～4倍，微米颗粒的平均尺寸为30～60μm。

4.根据权利要求3所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述疏水改性纳米二氧化硅、无水乙醇和硅烷偶联剂的质量比为0.5～1.5：98～99：0.5～1.5。

5.根据权利要求1或4所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述疏水改性纳米二氧化硅为瓦克hdk h2000，所述硅烷偶联剂包含全氟辛基三甲氧基硅烷或全氟癸基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1或2或4所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述底层由底层材料制备得到，所述底层材料的制备方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的长寿命超疏水复合涂层，其特征在于，所述面层由面层材料制备得到，所述面层材料的制备方法包括如下步骤：

8.权利要求7所述的长寿命超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的长寿命超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，固化处理的温度为120～140℃，固化处理的时间为20～24h；所述基材为金属板。

10.根据权利要求8或9所述的长寿命超疏水复合涂层的制备方法，其特征在于，所述喷涂的压力为0.5～0.8mpa，喷幅为20cm，喷涂的次数为2～4遍。

技术总结
本发明提供了一种长寿命超疏水复合涂层及其制备方法，属于超疏水材料技术领域。本发明的长寿命超疏水复合涂层由底层和面层组成，所述底层由水性单组分氟碳树脂和吸水膨胀聚氨酯微米颗粒组成；所述面层由疏水改性纳米二氧化硅、无水乙醇和硅烷偶联剂组成。本发明提供的技术方案既具有“自上而下”型方法中的制备过程简单、成本低、适用基材范围广的技术优势，也具有“自下而上”型方法中的微纳米结构状态稳定，耐磨性能突出的技术优势，以达到长寿命超疏水的技术效果。

技术研发人员：张守祺,李永鑫,路振宝,李夏,杨晓彤,昂源
受保护的技术使用者：中路高科交通检测检验认证有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15