一种高结合力氟硅涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种高结合力氟硅涂层材料及其制备方法，通过PS模板制备金属球形储存空间，所述储存空间能够有效提高氟硅涂层与基材的结合力，所述氟硅涂层显示出极高的疏水性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高结合力氟硅涂层材料及其制备方法
本专利技术涉及一种含氟硅涂料组合物，其属于《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》包含的新材料产业中的表面功能材料，属于高分子防污新材料

技术介绍
氟化硅氧烷化合物利用硅氧烷基团的水解缩合反应能够与基材表面形成化学交联，提供粘结性，而氟化有机基团具有较低的临界表面张力，可提供防污性。然而现有的氟硅防污产品，其聚合物表面硬度低，耐磨性和耐久性较差，或者是成膜不充分，与基材之间的粘结性达不到要求，涂膜受到轻微摩擦即会脱落。申请号为201810793497.5的专利技术专利公开了一种含氟超亲水自清洁涂料，将其提供的一种水溶性含氟嵌段共聚物添加到水性涂料中后，可使涂料具有较高的亲水自洁性，与基材粘结性好，但其只适用于水性涂料，且水性涂料涂膜的机械性能如耐磨性、抗冲击性能较差，只有拒油性、没有拒水性，应用受到限制。申请号为201910192216.5的专利技术专利公开了一种表面防污处理剂组合物，其包含氟化聚醚硅氧烷、含氨基氟化聚醚化合物以及惰性氟油，该处理剂形成的表面处理层与水的静态接触角为114°，摩擦耐久性达18000次，但表面处理层与基材之间的结合力一般，防污性能也有待提高。
技术实现思路
本专利技术提出一种高结合力氟硅涂层材料及其制备方法，通过PS模板制备金属球形储存空间，所述储存空间能够有效提高氟硅涂层与基材的结合力，所述氟硅涂层具有优良的拒水、拒油、抗污性。一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:（1）在经过预处理的铝材表面自组装单层PS小球；（2）以所述PS小球为模板，在铝材表面制备球形储存空间；（3）按配比称量有机氟硅树脂预聚物、氟硅表面活性剂和氟化溶剂，在反应釜中充分搅拌均匀获得含氟硅涂料，采用喷涂装置将含氟硅涂料均匀喷涂经过步骤（2）处理的铝材表面，室温下静置24-48小时，固化形成含氟硅涂层。其中所述有机氟硅树脂预聚物30-75份，结构式如下：其中，a、b、c为1~3的整数，相同或不相同；m、n为1~4的整数，相同或不相同；所述有机氟硅树脂预聚物的数均分子量在8000-50000之间；其中所述氟硅表面活性剂15-35份；其中所述氟化溶剂20-50份。进一步的，经过预处理的铝材表面自组装单层PS小球制备过程如下：称取0.2g十二烷基磺酸钠和0.1g过硫酸钾溶解在70ml甲醇和水的溶液中，其中甲醇的比例为10:3.5，保持氮气氛围，磁力搅拌30min，升高温度于75oC，加入经过10wt.%NaOH萃取洗涤三次的聚苯乙烯单体，反应12h，将得到的白色乳液取出，所述白色乳液通过注射器缓慢加入到6wt.%十二烷基硫酸钠去离子水溶液中，使用经过预处理的铝材将浮在水面的聚苯乙烯单层捞起，自然干燥。进一步的，所述PS小球为模板，在铝材表面制备球形储存空间的制备过程如下：采用反应离子刻蚀技术，减少PS小球的纳米尺寸：反应离子刻蚀的参数：射频功率为30W，压力为9.5Pa，氧气流量为50SCCM，然后将经过反应离子刻蚀技术的样品进行电子束蒸发金属层，电子束蒸发金属层参数：真空度5*10-3，蒸发功率17.5kW，蒸发速度0.35nm/s，时间22.5min，所述金属选择镍，金属层的厚度大于PS小球的直径。进一步的，将经过电子束蒸发金属层处理后，抛光所述金属层露出PS小球：抛光为化学机械抛光，抛光移除量为250nm/min，抛光时间为露出少部分的PS小球，然后将上述样品放入有机溶剂四氢呋喃溶液中，磁力搅拌浸泡20min溶解PS小球，并洗涤、干燥除去多余残液。进一步的，所述有机氟硅树脂预聚物的制备工艺如下：准备好配备有搅拌器、温度计、冷凝管、恒压滴液漏斗的烧瓶，水浴加热，惰性气体保护下，在反应器中加入聚合单体、溶剂和引发剂，将混合体系搅拌5-10min，使单体和引发剂完全溶解，然后升温至60-70℃，聚合反应5-10h。反应完毕后，冷却至室温，将反应混合液移入量瓶中，蒸发去除溶剂，得到所述有机氟硅树脂预聚物。进一步的，所述聚合单体包括：15-45wt.%氟化烷基丙烯酸酯，25-55wt.%氟烯烃醚，20-50wt.%不饱和硅氧烷化合物，所述引发剂为AIBN或BPO；所述溶剂为甲苯、乙酸乙酯和甲醇的一种或多种。进一步的，所述氟化烷基丙烯酸酯为CH2=CHCOOCH2(CF(CF3)CF2O)mOCF3，m为1~4的整数；所述氟烯烃醚为CH2=CHCH2CF2O(CF(CF3)CF2O)nCF3，n为1~4的整数；所述不饱和硅氧烷化合物为CH2=CHCH2CH2OSi(OCH3)3。进一步的，所述氟硅表面活性剂为全氟烷基醚类含硅表面活性剂，优选选自INTECHEM-18，所述氟化溶剂选自氢氟烃和/或氢氟烃醚。进一步的，所述氢氟烃选自CF3CFHCFHCF2CF3、CF3CF2CH2CH2F、C5F11H中的一种或多种；所述氢氟烃醚选自(CF3)2CFOCH3、CH3O(CF2)4OCH3、C5F11OC2H5中的一种或多种。对本专利技术的制备过程做出如下解释：（1）预处理：粗抛光-脱脂-水洗-热处理-电解抛光；粗抛光为依次使用600目、800目的水磨砂纸打磨铝材表面；所述脱脂为使用丙酮溶液清洗浸泡；所述热处理为在惰性条件下，于450-500oC下高温处理20-30min；所述电解抛光为50g/L磷酸，20g/L硫酸，3g/L丙三醇，电压15V，时间2-5min，温度45oC。预处理的主要目的在于通过获得光滑平整的表面，通过粗抛打磨初步获得平整的表面，然后脱脂消除粗抛过程中的油脂和污染杂质，后通过高温下热处理处理，以去除铝材本身的机械应力，并使得铝的金属晶粒更大，有利于金属涂覆，最后通过电化学抛光获得平整光滑的铝材表面，所述表面有利于PS小球呈现单层分布，所述单层分布对于球形储存空间的长程有序性至关重要。（2）制备PS小球：PS小球通制备过程：称取0.1-0.3g十二烷基磺酸钠和0.1g过硫酸钾溶解在70ml甲醇和水的溶液中，其中甲醇的比例为10:2~10:5，保持氮气氛围，磁力搅拌30min，升高温度于75oC，加入经过10wt.%NaOH萃取洗涤三次的聚苯乙烯单体，反应12h，将得到的白色乳液取出，所述白色乳液通过注射器缓慢加入到5-7wt.%十二烷基硫酸钠去离子水溶液中，使用经过预处理的铝材将浮在水面的聚苯乙烯单层捞起，自然干燥，获得表面吸附有400-500nm单层的聚苯乙烯小球的铝材，通过调整十二烷基磺酸钠乳化剂和过硫酸钾引发剂、单体、水相油相的相对配比关系来控制纳米球的直径，所述纳米球的孔径直接影响储存空间的尺寸，本专利技术的可依据PS的孔径随意调节50nm-1微米的孔径，优选400-500nm的PS小球。（3）采用反应离子刻蚀技术，减少PS小球的纳米尺寸；射频功率为20～40W，压力为9-10Pa，氧气流量为40～60SCCM，使得聚苯乙烯的尺寸缩小20-40%，反应离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:/n（1）在经过预处理的铝材表面自组装单层PS小球；/n（2）以所述PS小球为模板，在铝材表面制备金属球形储存空间；/n（3）按配比称量有机氟硅树脂预聚物、氟硅表面活性剂和氟化溶剂，在反应釜中充分搅拌均匀获得含氟硅涂料，采用喷涂装置将含氟硅涂料均匀喷涂经过步骤（2）处理的铝材表面，室温下静置24-48小时，固化形成含氟硅涂层，/n其中所述有机氟硅树脂预聚物30-75份，结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:
（1）在经过预处理的铝材表面自组装单层PS小球；
（2）以所述PS小球为模板，在铝材表面制备金属球形储存空间；
（3）按配比称量有机氟硅树脂预聚物、氟硅表面活性剂和氟化溶剂，在反应釜中充分搅拌均匀获得含氟硅涂料，采用喷涂装置将含氟硅涂料均匀喷涂经过步骤（2）处理的铝材表面，室温下静置24-48小时，固化形成含氟硅涂层，
其中所述有机氟硅树脂预聚物30-75份，结构式如下：



其中，a、b、c为1~3的整数，相同或不相同；m、n为1~4的整数，相同或不相同；所述有机氟硅树脂预聚物的数均分子量在8000-50000之间；
其中所述氟硅表面活性剂15-35份；
其中所述氟化溶剂20-50份。


2.如权利要求1所述的一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于在经过预处理的铝材表面自组装单层PS小球制备过程如下：称取0.2g十二烷基磺酸钠和0.1g过硫酸钾溶解在70ml甲醇和水的溶液中，其中甲醇的比例为10:3.5，保持氮气氛围，磁力搅拌30min，升高温度于75oC，加入经过10wt.%NaOH萃取洗涤三次的聚苯乙烯单体，反应12h，将得到的白色乳液取出，所述白色乳液通过注射器缓慢加入到6wt.%十二烷基硫酸钠去离子水溶液中，使用经过预处理的铝材将浮在水面的聚苯乙烯单层捞起，自然干燥。


3.如权利要求1所述的一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于以所述PS小球为模板，在铝材表面制备球形储存空间的制备过程如下：采用反应离子刻蚀技术，减少PS小球的纳米尺寸：反应离子刻蚀的参数：射频功率为30W，压力为9.5Pa，氧气流量为50SCCM，然后将经过反应离子刻蚀技术的样品进行电子束蒸发金属层，电子束蒸发金属层参数：真空度5*10-3，蒸发功率17.5kW，蒸发速度0.35nm/s，时间22.5min，所述金属选择镍，金属层的厚度大于PS小球的直径。


4.如权利要求3所述的一种高结合力氟硅涂层材料的制备方法，其特征在于将经过电子束蒸发金属层处理后，抛光所述金属层露出PS...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝云霞，
申请(专利权)人：郝云霞，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15