本發(fā)明涉及超疏水涂料及涂層，具體為一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液、涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，結(jié)冰對(duì)飛機(jī)、船舶、電網(wǎng)系統(tǒng)、交通以及其他一些能源設(shè)備造成的損失越來越大，每年因冰雪災(zāi)害造成的損失也是不可估量的。為了減少結(jié)冰造成的災(zāi)害，一些現(xiàn)有防/除冰方法被實(shí)施?，F(xiàn)有技術(shù)主要采用電熱法、氣熱法、機(jī)械和人工法等，來進(jìn)行防冰除冰。但上述現(xiàn)有技術(shù)存在能耗高，成本高、耗時(shí)較長等問題。因此，探索并開發(fā)具有低成本、低能耗且可以高效除冰的方式是行業(yè)迫切需要的。

2、隨著材料工程和涂料工業(yè)的發(fā)展，具有優(yōu)異疏水性能的涂層越來越多地進(jìn)入研究者的視野。由于其獨(dú)特的不沾濕、抗菌、防冰和自清潔的特性，超疏水涂層在汽車、船舶、飛機(jī)、紡織品、可穿戴電子設(shè)備和醫(yī)療保健設(shè)備等行業(yè)的需求量與日俱增。雖然，目前有關(guān)超疏水涂層的研究取得了較大進(jìn)展，但在生產(chǎn)與應(yīng)用方面仍存在一定的不足。例如，超疏水涂層的成分中含有一定量氟元素，該元素在環(huán)境中累積會(huì)對(duì)植物與人體造成不可逆的損害；超疏水涂層的耐久性、耐候性、機(jī)械穩(wěn)定性較差，這將對(duì)超疏水涂層的大規(guī)模使用產(chǎn)生限制。因此，開發(fā)具有相應(yīng)功能性、耐久性且環(huán)境友好的超疏水涂層的顯得尤為重要。

3、申請(qǐng)公布號(hào)為cn117903641a的中國發(fā)明專利申請(qǐng)公開一種超疏水含氟樹脂涂層液、防冰涂層及制備方法與應(yīng)用，涂層液由質(zhì)量比為1:2-1:4的ptfe乳液與pfa乳液組成的氟樹脂分散液和聚乙烯吡咯烷酮增稠劑組成。上述公開的技術(shù)方案中雖然其靜態(tài)水接觸角為150-165°，但氟樹脂分散液中含有大量的氟元素對(duì)環(huán)境不友好，會(huì)污染水源進(jìn)而影響人們健康。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)以上所述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液，通過化學(xué)接枝制備，可以形成三維粗糙多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度粘結(jié)和優(yōu)異的穩(wěn)定性，難以破壞。

2、本發(fā)明的另一目的是提供所述基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，通過化學(xué)接枝制備，且原料來源廣泛、合成工藝簡(jiǎn)單。

3、本發(fā)明的第三目的是提供一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水圖層。

4、一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液，由包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)組分復(fù)合制成：

5、硅改性聚氨酯??????????????????????????90-95％

6、疏水二氧化硅??????????????????????????5-10％。

7、一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，按以下比例關(guān)系，其包括的步驟如下：

8、(1)將2g二氧化硅加入到丙醇和氨水的混合溶液中，在30-40℃的條件下劇烈攪拌反應(yīng)30-50分鐘，得到更小的二氧化硅顆粒，然后滴加0.5-5ml?teos(四乙氧基硅烷)反應(yīng)2-3小時(shí)，最后離心干燥得到疏水二氧化硅；

9、(2)將5-7g異氰酸酯加入反應(yīng)容器中預(yù)熱，預(yù)熱溫度50-60℃，預(yù)熱時(shí)間為0.1-0.2h，以提高異氰酸酯的流動(dòng)性，方便異氰酸酯與有機(jī)硅更好的均勻混合；

10、(3)在反應(yīng)容器中加入1-2g有機(jī)硅，在50-60℃縮聚反應(yīng)溫度下恒溫反應(yīng)1-3h，制成低聚合度的第一中間產(chǎn)物；

11、(4)加入20-50ml?dmf(n,n-二甲基甲酰胺)除去反應(yīng)生成的水分子，保證體系處在適宜的粘度條件下；

12、(5)加入小分子乙二醇1-3g進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，在40-55℃的條件下反應(yīng)1h，制得第二中間產(chǎn)物；

13、(6)在第二中間產(chǎn)物中加入2-5ml甲醇進(jìn)行部分封端反應(yīng)，在室溫下靜置2h，制得硅改性聚氨酯待用；

14、(7)將0.5-1.0g疏水二氧化硅與制備好的8-10g硅改性聚氨酯混合后，滴加0.5-5ml?teos(四乙氧基硅烷)并磁力攪拌，超聲處理后得到復(fù)合超疏水溶液。

15、所述異氰酸酯為環(huán)己基異氰酸酯和/或二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種。

16、所述有機(jī)硅為羥基封端聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基氫硅氧烷中的一種。其中，羥基封端聚二甲基硅氧烷優(yōu)選為上海阿拉丁生化科技股份有限公司的型號(hào)為ar的羥基封端聚二甲基硅氧烷。

17、所述硅改性聚氨酯的nco/oh的r值(摩爾比)在1.5-2.0之間。

18、所述疏水二氧化硅的水接觸角為90-110°。

19、所述基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水涂層，是將基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液噴涂在物體表面后室溫放置2-4h制得。

20、本發(fā)明所述硅改性聚氨酯通過反應(yīng)條件的控制使得其nco/oh的r值(摩爾比)在1.5-2.0之間。使用有機(jī)硅作為基材，如羥基封端聚二甲基硅氧烷、聚甲基氫硅氧烷等，化學(xué)改性使得涂層可以適應(yīng)各種表面形貌和結(jié)構(gòu)。

21、本發(fā)明由硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅復(fù)合組成，二者一起形成了三維粗糙多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度粘結(jié)和優(yōu)異的穩(wěn)定性，難以破壞。超疏水表面的制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單且易于操作，只需清潔待噴涂的基材，使用噴槍噴涂硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅混合溶液。然后在室溫下固化2-4小時(shí)，即可得到超疏水涂層。制造方法簡(jiǎn)單易行，無需高精密度和昂貴的設(shè)備，使用成本低的材料，便于推廣和應(yīng)用。

22、總的來說，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、(1)通過空氣噴涂法將硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅混合溶液噴涂至基材表面上，形成超疏水涂層，該方法可形成均勻、致密的涂層；

24、(2)合成原料來源廣泛，材料對(duì)環(huán)境友好且操作工藝簡(jiǎn)單；

25、(3)硅改性聚氨酯與疏水二氧化硅形成三維粗糙多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度粘結(jié)和優(yōu)異的穩(wěn)定性，難以破壞。

技術(shù)特征：

1.一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液，其特征在于，由包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)組分復(fù)合制成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，其特征在于，其包括的步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，其特征在于，所述異氰酸酯為環(huán)己基異氰酸酯和/或二苯基甲烷二異氰酸酯。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)硅為羥基封端聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基氫硅氧烷。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，其特征在于，所述硅改性聚氨酯的nco/oh的r值在1.5-2.0之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液的制備方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅的水接觸角為90-110°。

7.一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水涂層，其特征在于，是將權(quán)利要求1-6任一所述基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液噴涂在物體表面后室溫放置2-4h制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液，由硅改性聚氨酯與疏水二氧化硅按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的占比為90?95％：5?10％復(fù)合制成，本發(fā)明還公開所述基于硅改性聚氨酯復(fù)合超疏水溶液及涂層的制備方法。本發(fā)明具有的有益效果是：可用于疏水涂層領(lǐng)域，硅改性聚氨酯與疏水二氧化硅形成三維粗糙多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度粘結(jié)和優(yōu)異的穩(wěn)定性，難以破壞。

技術(shù)研發(fā)人員：謝于輝,夏海明,謝德龍,喬超逸,吳楓,馮東,梅毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10