一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层及其制备方法与流程

本发明属于超疏水涂层，尤其涉及一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层及其制备方法。

背景技术：

1、超疏水材料的应用范围相当广泛，在各个方面已有一定的发展，其应用前景非常广阔。然而由于受目前技术及开发成本等限制，实际产业化及商品化的还不多。构造超疏水表面从以下两个角度入手：一、在具有微纳米粗糙结构表面上修饰低表面能物质；二、在具有低表面能的物质表面构造微纳米粗糙结构。

2、目前，模板法、刻蚀法、相分离法、化学气相沉积法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、溶液沉浸法等已被广泛应用于超疏水表面的构造。但是，在制备方面，上述方法需要应用到复杂的设备仪器，工艺条件要求严格，不适合大面积使用；在效果方面，表面涂层的耐用性及耐老化性能差，许多超疏水结构因不牢固，较易被破坏而丧失超疏水性。

3、因此，亟需提供一种制备方法简单、无需复杂设备且具有耐用性、耐老化效果的超疏水涂层。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层及其制备方法，解决现有技术中超疏水表面的制备工艺条件苛刻、需要使用复杂设备，且超疏水表面耐用性、耐老化性能差的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、获得具有微米级粗糙结构的涂层；其中，按重量份计，具有微米级粗糙结构的涂层的原料包括：有机硅改性热塑性丙烯酸树脂40-60份、热塑性微米粒子15-30份和溶剂a20-40份；

4、将疏水改性纳米粒子均匀负载至具有微米级粗糙结构的涂层表面，随后通过高压加热的方式使疏水改性纳米粒子部分嵌入具有微米级粗糙结构的涂层表面，冷却至室温后得到具有自嵌入微纳结构的超疏水涂层。

5、第二方面，本发明提供一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层，该基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层通过本发明第一方面提供的基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法得到。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

7、本发明通过采用具有低表面能的有机硅改性热塑性丙烯酸树脂和热塑性微米粒子构造微米级粗糙结构，再利用热塑性材料特点，在一定温度和压力条件下，使纳米级疏水颗粒在其相变过程中嵌入其表面，形成稳定的微纳结构。不同于薄膜材料上直接热压纳米级疏水颗粒，本方案适用性更广，通过液体树脂分散液涂覆成膜，可在各种不规则基材表面涂覆超疏水涂层，与基材之间具有良好的附着力，常温下具有良好的机械性能以及耐老化性能。与现有方法相比，本发明的制备方法更经济、适用，使用的设备与现有涂料涂装设备基本一致，构造的微米级粗糙结构可以有效提高整体涂层的耐磨性、强度，并增大微纳结构的实际面积，凹槽(即大颗粒缝隙)内的微纳结构也不易受到表面机械摩擦的破坏，可以长效保持超疏水功能性，特别是对户外雨水的冲击有明显提升效果。

技术特征：

1.一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述有机硅改性热塑性丙烯酸树脂的原料包括：乙烯基三甲基硅烷10-20份、甲基丙烯酸甲酯15-25份、甲基丙烯酸正丁酯5-10份、丙烯酸5-10份、苯乙烯10-15份、丙烯酸正丁酯5-15份、二叔丁基过氧化物1-5份和溶剂b 80-100份。

3.根据权利要求2所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述有机硅改性热塑性丙烯酸树脂的制备步骤包括：将溶剂b搅拌加热至80-120℃，缓慢滴加乙烯基三甲基硅烷、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、二叔丁基过氧化物的混合单体溶液；滴加完成后继续110-120℃保温0.5-1.5h，边搅拌边冷却后，得到具有低表面能的有机硅改性热塑性丙烯酸树脂；所述溶剂b为二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、正丁醇中的一种。

4.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述溶剂a为二甲苯、乙酸丁酯中的一种；所述热塑性微米粒子为热塑性弹性体或热塑性塑料颗粒；所述疏水改性纳米粒子的平均粒径10-100nm。

5.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述热塑性微米粒子的目数为150-200目；所述具有微米级粗糙结构的涂层的厚度为30-60μm。

6.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述具有微米级粗糙结构的涂层的原料还包括：助剂1-5份；其中，所述助剂为附着力促进剂、消泡剂、流平剂、润湿分散剂中的至少一种。

7.根据权利要求6所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述具有微米级粗糙结构的涂层的原料包括：有机硅改性热塑性丙烯酸树脂40-55份、热塑性微米粒子19-28份、附着力促进剂2-3份、消泡剂0.1-0.5份、溶剂a20-25份。

8.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述高压加热过程中，加热温度为120-150℃，压力为0.3-1.0mpa，时间为5-15min。

9.根据权利要求1所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述冷却至室温后，还需清扫表面多余的疏水改性纳米粒子。

10.一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层，其特征在于，所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层通过权利要求1-9中任一项所述基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层的制备方法得到。

技术总结
本发明公开一种基于自嵌入微纳结构的超疏水涂层及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：将疏水改性纳米粒子均匀负载至具有微米级粗糙结构的涂层表面，随后通过高压加热的方式使疏水改性纳米粒子部分嵌入具有微米级粗糙结构的涂层表面，冷却至室温后得到具有自嵌入微纳结构的超疏水涂层。本发明通过采用具有低表面能的有机硅改性热塑性丙烯酸树脂和热塑性微米粒子构造微米级粗糙结构，再利用热塑性材料特点，使纳米级疏水颗粒在其相变过程中嵌入其表面，形成稳定的微纳结构。本发明的涂层与基材之间具有良好的附着力，常温下具有良好的机械性能以及耐老化性能，且对户外雨水的冲击有明显提升效果。本发明的方法更经济、适用，无需复杂设备。

技术研发人员：唐杨,余锴,贾伦,张波桥
受保护的技术使用者：武汉长弢新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19