一種超疏水納米透明涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超疏水涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水納米透明涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國際上對超疏水性涂層的開發(fā)始于20世紀50年代，直到90年代末，隨著表面科學技術(shù)的發(fā)展尤其是表面研宄技術(shù)手段的提高，模仿荷葉表面結(jié)構(gòu)及性能，制備超疏水性涂層引起了人們的關(guān)注，探索實現(xiàn)超疏水涂料的工業(yè)化生產(chǎn)是目前涂料行業(yè)面臨的熱點和難點。具有超疏水效果的表面在現(xiàn)實的生產(chǎn)生活中有著廣闊的應(yīng)用前景，如作防水衣物、浴室墻體、外墻涂料、電子元件等，而且在管道微流、防水、防腐蝕、油水分離、生物醫(yī)用等領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。其中，開發(fā)透明的超疏水涂層能夠大大拓寬其應(yīng)用范圍，透明涂層不僅可以維持基底材料原貌，同時又能保護基底材料表面，賦予表面優(yōu)異的超疏水性能。
[0003]目前，關(guān)于制備透明超疏水涂層所采用的材料有二氧化硅、勃姆石氧化鋁、氧化鋅等，部分采用其中兩種材料復(fù)合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)或組裝成核殼結(jié)構(gòu)。專利申請CN 104261695A中報道，通過以乙醇胺、醋酸鋅、二水合醋酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨作為原料，在異丙醇溶劑中制備出前驅(qū)體溶膠，通過旋涂后高溫煅燒得到透明氧化鋅涂層，但是此法存在加工溫度高，處理工藝復(fù)雜等問題。專利申請CN 103803814 A中報道，通過浸漬提拉涂膜勃姆石溶膠得到勃姆石種子膜，在水熱法生長出氧化鋁納米結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層具有透明超疏水效果，但此法同樣存在加工工藝難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，耗時長久。專利申請CN101544476 A中報道，通過混合PS微球和二氧化硅溶膠，經(jīng)高溫煅燒除去PS球及其他溶劑有機物，留下膜層上的PS球空位，實現(xiàn)膜層粗糙多孔結(jié)構(gòu)，最后在經(jīng)十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)氟化修飾，得到膜層具有透明超疏水效果，且接觸角達到160°，滾動角小于1°。該專利的方法在單一面積上方法簡單有效，但是難實現(xiàn)大規(guī)模的處理，同樣在不耐高溫的塑料或者織物上難以得到應(yīng)用。專利申請CN 103965673 A公開了一種超疏水超疏油高透光率三重功能涂層膜的制備方法，但是該方法同樣需要對涂覆前驅(qū)體溶液的基底材料進行高溫煅燒，嚴重限制該方法的應(yīng)用范圍。專利申請CN 103756541 A提供了一種透明超疏水性木器涂料及其制備方法，需要先預(yù)處理得到纖維素凝膠，在此基礎(chǔ)上得到配置二氧化硅溶膠，容易造成對實驗結(jié)果的難以控制，二氧化硅溶膠同樣需要熱處理才能得到實現(xiàn)基底材料的超疏水效果。在這些專利報道中公開的技術(shù)方案，都能實現(xiàn)透明超疏水效果，但是存在以下幾方面的問題:(I)由于納米顆粒在溶劑中分散性差，且又難以穩(wěn)定存在，大部分的透明超疏水涂層以溶膠存在形式解決納米顆粒分散性，再通過高溫煅燒，但是這種方法難以工業(yè)化應(yīng)用，又限制了對基底材料的選擇；(2)處理工藝方法復(fù)雜，成本高昂，需要特殊設(shè)備，又不適合大面積制備超疏水涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超疏水納米透明涂層及其制備方法，解決超疏水涂層生產(chǎn)成本高、制備工藝復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻等問題。所述超疏水納米透明涂層采用有機溶劑、無機納米粒子、分散劑、交聯(lián)劑、添加劑和低表面能聚合物得到超疏水涂料，通過有機/無機雜化法在固體基材表面進行涂覆，經(jīng)低溫熱干燥固化得到超疏水納米透明涂層。上述超疏水納米透明涂層透明，具有超疏水性能，所測得接觸角大于155°，滾動角I?7°，優(yōu)選滾動角為I?2°，可通過水滴帶走表面的親水性污染物。
[0005]本發(fā)明所述的超疏水納米透明涂層的制備方法，所采用的制備工藝如下:
[0006]第一步，將第一類無機納米粒子加入到有機溶劑中形成第一溶液；將分散劑和第二類無機納米粒子加入到所述的第一溶液中，超聲分散，得到分散液；所述第一類無機納米粒子的粒徑遠小于第二類無機納米粒子的粒徑；所述的第一類無機納米粒子和第二類無機納米粒子的質(zhì)量和與所述有機溶劑的質(zhì)量之間滿足1:20?1:200 ;所述分散劑與所述有機溶劑的質(zhì)量滿足1:5?1:20。
[0007]第二步，在分散液中加入交聯(lián)劑和添加劑，超聲分散均勻后再加入低表面能聚合物，混合均勻，得到透明澄清的超疏水涂料；所述的交聯(lián)劑與所述有機溶劑的質(zhì)量比滿足1:60?1:100 ;所述添加劑與所述有機溶劑的質(zhì)量比滿足1:50?1:400 ;所述的低表面能聚合物與所述有機溶劑的質(zhì)量比滿足1:30?1:100。
[0008]第三步，將上述超疏水涂料涂覆在固體基材表面，低溫熱干燥固化得到超疏水納米透明涂層。
[0009]上述制備方法得到的超疏水納米透明涂層厚度為I?100 μ m，可依據(jù)實際使用表面和涂層設(shè)計壽命自由調(diào)節(jié)。所述的超疏水納米透明涂層在絕大多數(shù)固體基材表面都表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水防水效果。
[0010]所述的固體基材包括金屬、塑料、玻璃、紙張、木材或紡織物等材料。
[0011]本發(fā)明所述的第一類無機納米粒子為氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(Ti02)、氧化錫(SnO2)、五氧化二|凡(V2O5)、硫化鋅(ZnS)、三氧化二銷(Al2O3)或二氧化娃(S12)納米粒子中的一種或者兩種以上。所述的第二類無機納米粒子為氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(T12)、氧化錫(SnO2)、五氧化二|凡(V2O5)、硫化鋅(ZnS)、三氧化二銷(Al2O3)或二氧化娃(S12)納米粒子中的一種或者兩種以上。
[0012]所述的第一類無機納米粒子的粒徑I?50nm。所述的第二類無機納米粒子優(yōu)選為親油性Si02m米粒子，粒子的粒徑10nm以上，優(yōu)選為200nm以上。
[0013]本發(fā)明所述的分散劑為BYK143、BYK180、BYK3550、BYK379、Nanosil 9009,Nanosil8808、Nanosil 6606或聚丙烯酸鹽中的一種或兩種以上。
[0014]本發(fā)明所述的有機溶劑為二甲苯、乙酸丁酯、丙酮、正已烷或N，N-二甲基甲酰胺有機溶劑中的一種或者兩種以上。
[0015]本發(fā)明所述的添加劑為乙醇、氨水、稀鹽酸或冰醋酸中的一種或者兩種以上。所述氨水的質(zhì)量濃度是20% ;所述稀鹽酸的質(zhì)量濃度是30%。
[0016]本發(fā)明所述的低表面能聚合物為長鏈脂肪胺、長鏈脂肪酸、長鏈脂肪醇、全氟烷基胺、十二硫醇、全氟烷基酸、全氟烷基醇或十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)中的任意一種。優(yōu)選采用十二硫醇和十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)。
[0017]本發(fā)明所述的交聯(lián)劑為甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、DOW CORNING 88或DOW CORNING 27中的任意一種。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]1、本發(fā)明制備的超疏水納米透明涂層的超疏水性能優(yōu)異，接觸角可高達160°，滾動角1°?7°。
[0020]2、本發(fā)明制備的超疏水納米透明涂層具有突出的透明性。
[0021]3、本發(fā)明提供的超疏水納米透明涂層的制備方法工藝簡單、反應(yīng)條件溫和、制備成本低廉、溶劑環(huán)境友好。
[0022]4、本發(fā)明制備的超疏水納米透明涂層的涂裝工藝簡單，采用噴涂，浸漬涂覆，旋轉(zhuǎn)涂抹都能實現(xiàn)效果，方法簡便易行。
【附圖說明】
[0023]圖1為樣品表面接觸角觀察實圖；
[0024]圖2A、2B分別是樣品在掃描電子顯微鏡下放大1000倍和10000倍的表面形貌圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]實施例中的份數(shù)均指重量份。
[0027]本發(fā)明提供一種超疏水納米透明涂層及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0028]第一步，將0.25?0.33份第一類無機納米粒子加入到25?28份的有機溶劑中，超聲分散，得到第一溶液；再將2.5份的分散劑和0.1份第二類無機納米粒子加入到上述第一溶液中，超聲分散，得到分散液。所述的第二類無機納米粒子優(yōu)選為親油性S12納米粒子。
[0029]第二步，在所述分散液中加入0.25?0.33份交聯(lián)劑及0.6份添加劑，超聲分散；再加入0.4?0.5份低表面能聚合物，混合均勻，得到透明澄清的超疏水涂料。所述添加劑優(yōu)選為0.5份乙醇和0.1份冰醋酸，或者乙醇0.5份和氨水0.1份。
[0030]第三步，將上述超疏水涂料涂覆在固體基材表面，低溫熱干燥固化得到所需超疏水納米透明涂層。所述低溫熱干燥固化條件為在50°C烘箱中干燥lOmin。
[0031]下面給出具體實施例。
[0032]實施例1:
[0033]應(yīng)用本發(fā)明提供的制備方法制備超疏水納米透明涂層，具體步驟如下:
[0034]第一步，將0.25份的氣相Si02m米粒子(7nm)加入到28份的N，N- 二甲基甲酰胺有機溶劑中，超聲分散1min得第一溶液；再將2.5份的分散劑Nanosil 9009和0.1份親油性Si02m米粒子(200nm)加入到上述第一溶液中，繼續(xù)超聲分散lOmin，得到分散液。
[0035]第二步，在上述分散液中加入0.33份甲基三甲氧基硅烷交聯(lián)劑，添加劑乙醇0.5份和冰醋酸0.1份，繼續(xù)超聲分散1min ;在涂覆前加入0.4份低表面能聚合物十二硫醇，繼續(xù)超聲lOmin，得到透明澄清的超疏水涂料。
[0036]第三步，采用浸漬提拉的方式在玻璃基材的載玻片上涂覆所述的超疏水涂料，50°C烘