一種透明耐磨超疏水涂料及其制備方法和涂覆工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超疏水表面的制備及應用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透明耐磨超疏水涂 料及其制備方法和涂覆工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 超疏水現(xiàn)象在自然界中廣泛存在，如荷葉、蝴蝶翅膀、水黽腿等均顯示出優(yōu)異超疏 水性能。超疏水涂層由微納米尺度的結(jié)構(gòu)和具有低表面能的表面共同構(gòu)成，具有水的靜態(tài) 接觸角大于150°和滾動角小于10°的特性。超疏水表面的相關(guān)研宄是近二十年來國際 科學研宄的前沿及熱點之一，具有自潔、耐蝕、減阻、防水、疏油、防霧、抗冰等功能的表面設(shè) 計及界面特性已取得了突破性進展。常見的超疏水結(jié)構(gòu)如有序微米柱、多孔結(jié)構(gòu)、納米線、 微納米粒子團簇等對可見光均具有散色、衍射等現(xiàn)象，因此制備的涂層成乳白色，透明度較 差。除具有普通超疏水表面的所有優(yōu)異特性外，透明超疏水表面還可保證光線的透過性，從 而顯著提升相關(guān)設(shè)備和產(chǎn)品的使用性能，在光伏設(shè)備、建筑、汽車、電子制造以及紡織品等 多個領(lǐng)域顯示出廣泛的應用前景。研宄表明，超疏水結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元小于200nm，將有效的 降低光學散色，由此可以提高涂層的透明度。但由此帶來的問題是結(jié)構(gòu)單元與基底的接觸 面積變小，兩者間的結(jié)合力降低，導致疏水結(jié)構(gòu)易脫落。對此常用提高疏水結(jié)構(gòu)與基底的結(jié) 合力的方法是采用氣相沉積、高溫熱處理和溶膠-凝膠等方法將粘結(jié)材料包覆在結(jié)構(gòu)上。 目前，透明超疏水表面仍然未能實現(xiàn)大規(guī)模制備和商業(yè)應用，主要是在低成本、簡便快捷的 制備技術(shù)、涂層耐磨性、耐久性等方面存在諸多難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種透明耐磨超疏 水涂料及其制備方法和涂覆工藝，以實現(xiàn)涂層超疏水、透光性好、耐磨性好以及結(jié)合力強。
[0004] 技術(shù)方案：
[0005] -種透明耐磨超疏水涂料，包括納米材料分散液和粘結(jié)材料分散液，其中納米材 料分散液為納米材料和揮發(fā)性溶劑的混合溶液，粘結(jié)材料分散液為粘結(jié)材料和其良溶劑的 混合溶液。
[0006] 所述納米材料為疏水氣相納米二氧化娃或疏水納米二氧化娃氣溶膠粉體，顆粒尺 寸為20-100nm，由顆粒構(gòu)成的團簇尺寸在200-2000nm之間；所述揮發(fā)性溶劑為乙醇和異丙 醇中的一種或兩種，為兩種溶劑混合時，則任意一種溶劑的體積百分含量為1-99%。
[0007] 所述粘結(jié)材料為聚氨酯膠粒、聚苯乙烯膠粒、氟碳樹脂、有機硅樹脂、酚醛樹脂、環(huán) 氧樹脂或醇酸樹脂的一種或多種；所述其良溶劑為丙酮、二甲苯、乙酸乙酯和DMF中的一種 或多種，為多種溶劑混合時，則任意一種溶劑的體積百分含量為1-99%。
[0008] 以上所述的一種透明耐磨超疏水涂料的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)將納米材料加入揮發(fā)性溶劑中，采用攪拌和超聲分散方式處理10_90min，形 成納米材料分散液，其中納米材料的質(zhì)量分數(shù)為〇. 1-10% ;
[0010] (2)將粘結(jié)材料與其良溶劑混合，溫度控制在20-50°C，機械攪拌30-90min，形成 粘結(jié)材料分散液，其中粘結(jié)材料的質(zhì)量分數(shù)為5-50%。
[0011] 以上所述的制備方法中，在步驟（1)中納米材料和揮發(fā)性溶劑混合分散后，可直 接使用或再加入占分散體系質(zhì)量分數(shù)為〇. 1-10%的鏈狀納米二氧化硅、二氧化硅納米線、 碳納米管、納米二氧化硅纖維和氧化鋅納米線中的一種或多種，超聲處理Ih ;
[0012] 在步驟（2)中粘結(jié)材料與其良溶劑混合分散后，可直接使用或再加入占分散體系 質(zhì)量分數(shù)為〇. 1-10%的聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、二氧化硅和氧化鋁中的一種或多種， 尺寸在50-100 μ m之間，繼續(xù)攪拌0. 5h。
[0013] 以上所述的一種透明耐磨超疏水涂料的涂覆工藝，包括以下步驟：
[0014] 如圖1所示，將待涂覆基體表面進行去塵、去油污處理直至干凈；接著將粘結(jié)材料 分散液噴涂或刷涂在基體表面上形成粘結(jié)層，其厚度控制在0. 5-20 μ m，涂覆后放置干燥； 然后涂覆納米材料分散液；干燥后，采用加壓、加熱或兩者結(jié)合的方式使納米材料部分嵌入 粘結(jié)層；最后利用塑料板、橡膠薄膜、多孔聚合物泡沫或紙巾刮擦涂層，或用膠帶粘除，以去 除結(jié)合不牢的涂料顆粒。
[0015] 所述涂覆后放置干燥的條件為空曠環(huán)境、通風空間中、輔助吹風裝置旁或30-50°C 溫度下，干燥5-120min ;
[0016] 所述納米材料分散液的涂覆方法為：距離基體15cm，用壓力為60psi的空氣槍，將 納米材料分散液橫豎交替，均勻噴涂于干燥好的粘結(jié)層上。
[0017] 所述加壓、加熱方式為：使用紅外燈功率100-1000W或熱風槍功率100-5000W對涂 層整體進行加熱l-30min ;或
[0018] 將基體放置于熱臺或烘箱中，溫度40-90°C，加熱l_30min ;或
[0019] 在涂層表面利用高壓氣槍、加壓金屬板或加壓玻璃板施加機械壓力，壓力為 0.l-10MPa〇
[0020] 所述刮擦的方式為來回往復式或單向刮擦，刮擦次數(shù)為1-10次；
[0021] 所述膠帶為壓敏膠、透明膠帶或美紋紙膠帶。
[0022] 有益效果：
[0023] 第一，本發(fā)明的涂料涂覆后，能構(gòu)建合適的表面粗糙度和低表面能，因此制得的涂 層有超疏水性，涂層表面的水靜態(tài)接觸角大于160°，滾動角小于等于5°，部分甚至可以 達到接觸角175°，滾動角Γ ;
[0024] 第二，由于本發(fā)明中選用了粒徑小于200nm的納米材料，因此有效的降低光學散 色，從而提高涂層的透明度，透光性好，在可見光波長范圍內(nèi)涂層透過率大于85%，在紅外 線波段，透光率為105%，具有增透效果；
[0025] 第三，本發(fā)明中將結(jié)合不牢的涂料顆粒去除掉，增強了涂層的耐磨性；
[0026] 第四，本發(fā)明中將納米材料部分嵌入到粘結(jié)層中，在保證透明度的前提下，增強了 超疏水結(jié)構(gòu)與基底的結(jié)合力，從而提高了涂層的耐久性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的超疏水涂料的涂覆步驟不意圖，圖中，1、基體；2、粘結(jié)層；3、納米 顆?；驁F簇；
[0028] 圖2是水滴在應用本發(fā)明的超疏水涂料制得的超疏水涂層表面的微觀示意圖；
[0029] 圖3是在可見光波長范圍內(nèi)，應用本發(fā)明的超疏水涂料制得的超疏水涂層的透過 率譜圖；
[0030] 圖4是應用本發(fā)明的超疏水涂料制得的超疏水涂層用紙巾擦拭100次后的表面形 貌。
【具體實施方式】
[0031] 以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應理解為對本發(fā)明的限制。在不背離 本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明 的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0032] 實施例1 :
[0033] 涂料制備：
[0034] 向500mL乙醇溶液中加入0· 5g德固賽Aerosil-R972疏水氣相二氧化硅（顆粒尺 寸為20-100nm)，攪拌均勻，放入超聲波清洗器（功率600W)中超聲處理lOmin，即得納米材 料分散液；
[0035] 在機械攪拌（轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分）下，將50g彈性聚氨醋膠粒（Estane?5715)和300mL 丙酮與200mL二甲苯的混合溶液混合攪拌30min，即得粘結(jié)材料分散液。
[0036] 該透明耐磨超疏水涂料包括納米材料分散液和粘結(jié)材料分散液。
[0037] 涂覆工藝：
[0038] 純凈水清潔玻璃板，將制得的粘結(jié)材料分散液用壓力為40psi的空氣槍通過噴霧 將其噴于玻璃板（15*15cm 2,厚度15mm)上，厚度控制在0.5 μ m，然后將其放置于通風廚中 干燥30min，干燥完成后，距離玻璃板15cm，用壓力為60psi的空氣槍將配制好的納米材料 分散液橫豎交替，均勾噴涂于干燥好的玻璃板上，放置于50°C的烘箱中加熱15min，最后用 美紋膠帶粘除結(jié)合不牢的涂料顆粒。
[0039] 測試涂覆后玻璃板的超疏水性和耐磨性能，測試結(jié)果為，涂層的靜態(tài)接觸角為 169°，滾動角為3°，經(jīng)打磨實驗（負重10N/100mm 2,打磨200次，轉(zhuǎn)速lOOr/min)后，靜態(tài) 接觸角為155°，滾動角為5°，圖3為該涂層的透過率譜圖。
[0040] 實施例2 :
[0041] 涂料制備：
[0042] 向500mL異丙醇溶液中加入50g吉必盛HL-150疏水氣相二氧化硅（顆粒尺寸為 20-100nm)，攪拌均勻，放入超聲波清洗器（功率600W)中超聲處理90min，即得納米材料分 散液；
[0043] 在機械攪拌（轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分）下，將50g彈性聚氨醋（Estane?5715)和500mL丙 酮溶液攪拌30min后，向其中加入5g聚丙?。綖?00 μπι)，繼續(xù)攪拌0. 5h，即得粘結(jié)材 料分散液。
[0044] 該透明耐磨超疏水涂料