一種超疏水碳酸鈣涂料助劑的制備方法、應(yīng)用和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超疏水碳酸鈣涂料助劑的制備方法、應(yīng)用和使用方法，屬于涂料 與涂飾工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 波恩大學(xué)名叫Barthlott的植物學(xué)家是最早發(fā)現(xiàn)荷葉具有的微米級非光滑，并且 這樣的表面具有明顯的疏水自清潔效應(yīng)，即日?；钪械?蓮葉效應(yīng)"現(xiàn)象，并用Young's方 程對其進(jìn)行了 比較系統(tǒng)的理論解釋（BarthlottW，NeonbuC.Purityofthesacredlouts orescapefromcontaminationinbiologicalsurfaces.Panta[J]. 1997,202:1-8)〇 疏 水材料由于本身的疏水特質(zhì)，液體不能滲透到材料里面，并且還會在重力的作用下流走。因 此用疏水材料制作的產(chǎn)品具有易清洗、防污及防水的特性，在工業(yè)生產(chǎn)制造、國防及日常生 活中有著良好的應(yīng)用前景。
[0003]疏水材料的研宄一直是國內(nèi)外的熱點項目，在涂料行業(yè)中，墻漆是超疏水研宄的 生點，典型為適合兒童涂鴉的墻漆。但對于與家具和裝修相關(guān)的木器漆很少有涉及。特別 是木器漆的漆膜在受到水分的影響，其耐冷液、耐濕熱、耐干熱、附著力、抗沖擊等性能均會 下降。因此本專利將超疏水助劑作為研宄對象，旨在使用碳酸鈣改性助劑添加至涂料中，形 成的涂膜具備超疏水性能，盡而達(dá)到保護(hù)涂膜和物體的目的。
[0004] (1)研宄意義
[0005]我國是一個生產(chǎn)制造大國。通過國際貿(mào)易帶動經(jīng)濟發(fā)展，因此對材料需求量極大， 能否尋找到新的可替代資源成了限制經(jīng)濟發(fā)展的因素。碳酸鈣是一種重要的天然化合物， 價格便宜，原料來源豐富，對環(huán)境產(chǎn)生的污染小，近年備受人們的廣泛關(guān)注，納米級別的碳 酸鈣具有獨特分散和穩(wěn)定性能，具有多種等優(yōu)點，也是近些年來廣西發(fā)展的特色產(chǎn)業(yè)。
[0006]本發(fā)明以常見的木材、竹材藤條為案例對象，運用超疏水碳酸鈣助劑添加至涂料 中的作法，探索超疏水的性能。
[0007] ⑵國內(nèi)外研宄進(jìn)展
[0008]疏水材料的研宄一直是國內(nèi)外的研宄熱點項目。不同基材、不同反應(yīng)材料、不同制 備工藝等3個方面均是國內(nèi)外的研宄高度關(guān)注的話題。
[0009] ①不同的基材
[0010] 金屬材料疏水一直是國內(nèi)內(nèi)外研宄的重點，蘭州大學(xué)的趙坤就曾經(jīng)做了相關(guān)的研 宄。在金屬基體采用化學(xué)刻蝕構(gòu)法造微納米結(jié)構(gòu)表面，并進(jìn)行化學(xué)修飾，實驗小組成功地制 備了性能優(yōu)異的疏水和超疏水金屬材料。采用含有鹽酸、氫氟酸的水溶液腐蝕鋁合金表面， 在鋁合金基體的表面上得到了由六面體狀的凹坑和凸臺構(gòu)成的深淺相間結(jié)構(gòu)，這些凹坑與 凸臺之間相互連通，在微米級的凸臺上又分布有許多具有更細(xì)小的納米級的凸臺，形成了 制備超疏水表面所需的微納米相間的二級階層結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)乙基三氯硅烷改性得到了具有 良好超疏水性的表面。結(jié)果表明：經(jīng)過實驗處理的鋁合金表面上形成一定粗糙度的微納米 結(jié)構(gòu)，一旦水滴與表面接觸，在水滴和表面間可產(chǎn)生一層"氣墊"。這種金屬表面有一層低表 面能的物質(zhì)存在（趙坤.植物表面超疏水及鋁、銅合金基體超疏水、油表面的制備.蘭州大 學(xué)碩士研宄生畢業(yè)論文[D]. 2010:1-5)。
[0011] 在疏水問題上，其實大自然早就給予我們很多提示，運用仿生原理，可以改善疏水 的效果。吉林大學(xué)的王淑杰等曾經(jīng)在仿生疏水研宄上取得一定進(jìn)展。植物表面非光滑結(jié)構(gòu) 包括表皮細(xì)胞形態(tài)及分布，表皮粉、表皮毛被、表皮臘的單元體的形態(tài)及化學(xué)性質(zhì)的分布規(guī) 律，它直接影響著葉表面的防黏、疏水效果。一般具有排列整齊的表皮細(xì)胞且密被表皮臘、 表皮粉的表面疏水性優(yōu)秀。具有表皮毛的植物結(jié)構(gòu)表面情況復(fù)雜，毛被的分布、質(zhì)地、表面 被臘程度將直接影響疏水效果。毛被擁有密臘的表面疏水性強，而不擁有臘的表面疏水性 則弱（王淑杰，任露泉，韓志武，邱兆美，周長海.典型植物葉表面非光滑形態(tài)的疏水防黏效 應(yīng).農(nóng)業(yè)工程學(xué)報[J]. 2005, 21 (9) : 16-17)。
[0012] 通過實驗對眾多植物非光滑表面進(jìn)行篩選后，我們得到幾種疏水效果優(yōu)秀的植物 非光滑表面生物原型。它們分別是唐蒼蒲葉、云南海棠葉片、竹葉（反）表面、翠菊葉、蔥 葉表面等這些植物均具備了一定的疏水性能（BehnkeHD,MabryTJ.Springer,Berlin. EvolutionandSystematicsoftheCaryopnyllales[M] ? 1993:75-86)〇
[0013] 疏水性不僅存在于植物，有些動物也有類似特性。高雪峰的研宄小組介紹了幾種 天然超疏水動植物表面最新的研宄進(jìn)展，包括蟬翼、水黽腿等。特別介紹了作者的研宄小組 根據(jù)壁虎腳高黏附力獲得的靈感仿生研制出一種對水滴具有高黏附作用的超疏水陣列聚 苯乙烯納米管材料，最后對超疏水材料的研宄趨勢進(jìn)行了展望（高雪峰，江雷.天然超疏水 生物表面研宄的新進(jìn)展.科學(xué)出版社各學(xué)報[J] 2006, 35(7) : 559-560)。
[0014] ②制備材料上
[0015] 東北林業(yè)大學(xué)周長奉等針對硅烷偶聯(lián)劑對木粉的影響進(jìn)行了探宄，證實硅烷偶聯(lián) 劑提高了木粉耐水性。以70%聚乳酸（PLA)和30%木粉為原料，加入1%的硅烷偶聯(lián)劑，通 過熔融混合的方法制備了PLA/木粉復(fù)合材料，并研宄了不同種類的硅烷偶聯(lián)劑對PLA/木 粉復(fù)合材料熱性能、結(jié)晶性能、吸水率和力學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明：KH-550的加入還 提高了復(fù)合材料的耐水性（周長奉，彭培輝，吳彩茵茵，鄒侃志，唐榮，張彥華.硅烷偶 聯(lián)劑對PLA/木粉復(fù)合材料性能的影響.塑料科技學(xué)報[J]. 2014, 42 (12) : 85-86)。
[0016]由李凱夫等的實驗小組采用單因子試驗法，著重研宄了鋁酸醋和鐵酸醋作為偶聯(lián) 劑對木塑復(fù)合材料表面相容性的影響，揭示了兩種偶聯(lián)劑之間的作用機制以及影響規(guī)律。 該實驗表明；加入鋁酸醋或鐵酸醋可改善木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能，且隨著欽酸醋或鋁酸 酷用量不斷提高，其力學(xué)性能呈先提高后減小的趨勢。加入欽酸醋能極大改善木塑復(fù)合材 料主要力學(xué)性能，加人鋁酸酷則略有改善（李凱夫，戴東花，謝雪甜，李曉增，彭萬喜.偶聯(lián) 劑對木塑復(fù)合材料界面相容性的影響.林產(chǎn)工業(yè)學(xué)報[J]. 2005, 32(3) :24-25)。
[0017] 使用鋁酸酯作為聚己內(nèi)酯以及竹粉的偶聯(lián)劑對竹塑復(fù)合材料進(jìn)行改性實驗。研 宄的結(jié)果證明，在一定的時間內(nèi)，偶聯(lián)劑同高速攪拌一起破壞竹纖維的有序結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)偶 聯(lián)劑的添加量為1.6% (相對竹粉用量）時，復(fù)合材料能展示出最好的加工性能（陳欽慧， 李雪芳，林金火.鋁酸酯偶聯(lián)劑對竹塑復(fù)合材料界面性能的影響.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)學(xué)報 [J]. 2009, 29(1) : 83-84)。
[0018] 運用偶聯(lián)劑改性竹粉來提高與聚氯乙烯（PVC)間的相容性，在微波條件下竹纖 維接枝甲基丙烯酸甲酯（MMA)也是提高竹粉與PVC相容性的有效措施，檢測竹粉與PVC 相容性相對有效的方法是對接枝共聚物進(jìn)行表征，掃描電鏡分析和紅外光譜表明，竹材的 纖維結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化，MMA已經(jīng)成功接枝到竹纖維上，接枝后的竹纖維結(jié)晶度變低，熱 重分析表明接枝后的竹纖維熱穩(wěn)定性增強，接枝后的吸潮率低于未改性竹纖維的吸潮率 (方正龍.竹粉/PVC復(fù)合材料的制備及性能研宄.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研宄生畢業(yè)論文 [D], 2010:1-5)〇
[0019] 根據(jù)超疏水表面的制備原理，以低表面能的三氯甲基硅烷為原料，使用常溫、常壓 化學(xué)氣相沉積法在竹材表面產(chǎn)生直徑30~80nm的納米棒陣列或納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使竹 材橫切面對液態(tài)水滾動角接近0,對