一种互穿网络超疏水分散液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种互穿网络超疏水分散液及其制备方法，该超疏水分散液包括以下组份：互穿网络粘合剂、纳米颗粒和溶剂；所述互穿网络粘合剂为本发明专利技术设计得到的聚氨酯/聚丙烯酸酯交联网络状聚合物。本发明专利技术通过设计一种具有网状粘接性能的聚合物，将其应用到疏水配方中得到本申请保护的超疏水分散液，分散液安全无毒，能够在多种类型的基材上成膜，在自然条件下可实现快速固化，与基材的粘接强度高，形成的涂层具有良好的透明度、耐磨性和耐化学品性，并具有优异的超疏水效果、水滴最大接触角164

【技术实现步骤摘要】
一种互穿网络超疏水分散液及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂料
，具体涉及一种互穿网络超疏水分散液及其制备方法。

技术介绍

[0002]表面涂层技术是指在基体表面形成一层与基体物理和化学性能不同的表面涂层的技术，目的是赋予基体以特定功能，以实现基体材料的更广泛应用。随着科技进步，多种功能化涂层技术被持续开发出来，并应用到社会生活的方方面面。特别是在生命科学、电子信息、新能源等领域，高性能涂层及先进装备也已成为了这些尖端科技领域不可或缺的关键制造环节。
[0003]材料表面的特殊润湿性是近年来材料与界面科学的研究热点。超疏水性固体表面是指表面对水的接触角在150
°
以上，滚动角小于10
°
的固体表面。研究人员发现，形成超疏水表面是由两个因素共同决定的，即低表面能材料和表面微纳粗糙结构。目前，制备超疏水表面常用的方法有表面刻蚀法、化学沉积法、溶胶凝胶法等。然而这些制备方法复杂且成本高，不利于大面积施工。如果选用喷涂法、浸渍法、刷涂法等，则更容易操作，有利于实际工业化生产。其中，喷涂法可以将原料液分散为微/纳米级的小颗粒，然后将其叠加覆盖在基底上形成一定结构的均匀涂层。此外，喷涂法制得的涂层具备良好的再生性能，因而受到研究者的青睐。为达到喷涂目的，需要开发出一种可以应用于喷涂的超疏水分散液。目前大多数分散液以挥发性有机溶剂作为分散介质，气味及毒性大，不符合环保的要求。分散液制备方法以硅链段聚合物和疏水纳米颗粒为主，其中聚合物起到粘接剂的作用，由纳米颗粒提供粗糙度，两者共同形成均匀的超疏水涂层。但这些制备方法中聚合物对纳米颗粒的分散包覆效果差，使纳米颗粒难以在表面均匀的富集，造成表面粗糙度的降低，达不到超疏水效果。只有添加大量的纳米颗粒才能提高表面粗糙度，形成超疏水效应。而且纳米颗粒都是游离的分散在体系中，与聚合物之间没有形成键合，因而形成的涂层强度低，手摸即被破坏，影响了涂层寿命和使用范围。
[0004]综上，现有报导都难以得到制备方法简单、容易操作、绿色环保、持久耐用、具备一定硬度和耐磨性的超疏水涂层。
[0005]澳大利亚国立大学申请号为2017800411316的专利公开一种用聚氨酯和丙烯酸酯双组份交织形成的互穿聚合物网络，该方案以挥发性有机溶剂作为树脂粘合剂和疏水纳米颗粒的分散介质，不环保且气味大，而且涂层制备过程采用二次喷涂的方法，工艺繁琐，制备条件要求高，而本专利技术的超疏水分散液，不含挥发性有机溶剂，使用方便，在室温条件下可以长时间储存，该分散液在室温下经一次喷涂、线棒涂、刮涂、旋涂等方式即可在玻璃、金属和塑料基材上形成超疏水涂层，涂层具有耐磨性，磨损后仍具备优异的超疏水性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种纳米改性的水性超疏水分散液，不含挥发性有机溶剂，使用方便，在室温条件下可以长时间储存，该分散液在室温下经一次喷涂、线棒涂、刮
涂、旋涂等方式即可在玻璃、金属和塑料基材上形成超疏水涂层，涂层具有耐磨性，磨损后仍具备优异的超疏水性。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种互穿网络超疏水分散液，包含互穿网络粘合剂和纳米颗粒，所述互穿网络粘合剂为聚氨酯/聚丙烯酸酯交联网络状聚合物，其中聚丙烯酸酯占聚丙烯酸酯和聚氨酯两种组分的质量比为10％～50％，所述纳米颗粒为表面改性的纳米颗粒。该互穿网络粘合剂能同时具备聚氨酯和丙烯酸酯自身的分子内交联和聚氨酯和丙烯酸酯之间的交联。
[0009]其中，聚丙烯酸酯由含单个以及多个双键的丙烯酸酯单体在油溶性引发剂的作用下以自由基乳液聚合的方式形成。
[0010]所述单个双键的丙烯酸酯单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸酯甲酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸酸十二酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸中的至少两种的组合；
[0011]所述多个双键的丙烯酸酯单体包括二乙烯基苯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1、6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种；
[0012]所述油溶性引发剂为偶氮二异丁氰(AIBN)、偶氮二异戊氰、偶氮二异庚氰(ABVN)、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化二异丁酰、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二(2,4二氯苯甲酰)、过氧化二叔丁酯、过氧化十二酰、过氧化新庚酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯中的至少一种；
[0013]其中，聚氨酯为一种水性聚氨酯，由聚氨酯预聚体由亲水扩链剂扩链，封端剂封端后经乳化形成。
[0014]所述的聚氨酯预聚体是由二异氰酸酯与大分子多元醇及交联单体反应而成；
[0015]所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、液化MDI中的一种或至少两种的组合；
[0016]所述大分子多元醇包括分子量1000-3000的聚氧化乙烯二醇，聚氧化丙烯二醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚四亚甲基醚二醇中的一种或至少两种的组合；
[0017]所述交联单体包括三羟甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇中的至少一种；
[0018]进一步的，所述二异氰酸酯中的-NCO和大分子多元醇中的-OH的摩尔比为2-6：1，优选3-5：1；所述的二异氰酸酯中的-NCO和交联单体中的-OH的摩尔比为2-4：1，优选2-3：1。
[0019]所述亲水扩链剂为一种含有羧基或磺酸基的小分子二醇或二胺的组合，能够赋予聚氨酯亲水性，被乳化形成水性聚氨酯。
[0020]所述亲水扩链剂包括二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、乙二胺基乙磺酸钠(A95)中的至少一种；
[0021]进一步的，所述聚氨酯预聚体中的-NCO和亲水扩链剂中的-OH或-NH2的摩尔比为2-4：1，优选2-3：1。
[0022]所述的封端剂为一种含羟基的功能性单体，能够和预聚体中的-NCO反应，同时向预聚体中引入双键基团，参与丙烯酸酯的聚合反应，最终形成互穿网络结构；
[0023]所述含羟基的功能性单体包括甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、4-羟基丁基丙烯酸酯(4HBA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)中的一种或至少两种的组合；
[0024]进一步的，聚氨酯预聚体中的-NCO和含羟基的功能性单体中的-OH的摩尔比为2-3：1。
[0025]另一方面，本专利技术还提供上述互穿网络超疏水分散液的制备方法，包括以下步骤：
[0026]1)制备表面改性的纳米颗粒：将亲水的纳米颗粒均匀分散在乙醇、水的混合液中，用氨水调节PH值10-12，室温搅拌条件下添加硅烷偶联剂和硅酸烷基酯，反应24h后经离心干燥形成表面改性的纳米颗粒；
[0027]所述的亲水纳米颗粒包括亲水纳米二氧化硅、亲水纳米二氧化钛、亲水氧化石墨、亲水氧化石墨烯中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种互穿网络超疏水分散液，其特征在于，包含互穿网络粘合剂和纳米颗粒，所述互穿网络粘合剂为聚氨酯/聚丙烯酸酯交联网络状聚合物，其中聚丙烯酸酯占聚丙烯酸酯和聚氨酯两种组分的质量比为10％～50％，纳米颗粒为表面改性的纳米颗粒。2.根据权利要求1所述互穿网络超疏水分散液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备表面改性的纳米颗粒：将亲水的纳米颗粒均匀分散在乙醇、水的混合液中，室温搅拌条件下添加硅烷偶联剂和硅酸烷基酯，反应后经离心干燥形成表面改性的纳米颗粒；2)制备可聚合水性聚氨酯分散体：将二异氰酸酯、大分子多元醇、交联单体和步骤1)得到的表面改性的纳米颗粒混合，反应形成聚氨酯预聚体，加入亲水扩链剂反应，再加入溶剂控制体系黏度，封端乳化后，室温搅拌形成水性聚氨酯分散体；3)预乳化：将步骤3)得到的聚氨酯分散体作为种子乳液，加入丙烯酸酯单体和油溶性引发剂，高速搅拌预乳化，得到预乳化液；4)乳液聚合：向反应容器中加入一定量的水，升温至70-80℃，将预乳化液缓慢滴加到水中，升温至80-90℃继续反应0.5-2h，冷却至室温得互穿网络超疏水分散液。3.根据权利要求2所述的互穿网络超疏水分散液的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的亲水纳米颗粒包括亲水纳米二氧化硅、亲水纳米二氧化钛、亲水氧化石墨、亲水氧化石墨烯中的至少一种；所述的亲水纳米颗粒粒径为5-200nm。4.根据权利要求2所述的互穿网络超疏水分散液的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述的硅酸烷基酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正...

【专利技术属性】
技术研发人员：康翼鸿，喻学锋，程文杰，吴列，杨新耕，
申请(专利权)人：武汉中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：