一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法。该涂层由质量分数为20％～30％的二氧化硅

【技术实现步骤摘要】
一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法，属于微/纳米材料


技术介绍

[0002]在“生物仿生学”启发下，超疏水表面受到广泛的关注。超疏水表面应用于金属的腐蚀防护领域是一项重要的突破，通过提高材料表面的疏水性，来有效的阻隔水或腐蚀性离子对金属材料的表面侵蚀，降低金属的腐蚀速率，从而延长金属材料的使用寿命。然而，涂层在服役过程中会受到沙石磨损、人为挤压等物理损伤，使疏水性能下降，腐蚀介质易与金属基体接触，造成防腐性能的降低。因此，亟需开发具有优异耐磨性能的超疏水涂层。
[0003]通过制备表面具有微/纳米结构的复合涂层，提高涂层的表面粗糙度，可以使涂层表面具有超疏水性和耐磨性能。现有的用于提高涂层表面粗糙度的方法有化学转换膜法、刻蚀法、水热法、阳极氧化法、电沉积法、溶胶
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凝胶法、模板法、纳米复合涂层等。其中，通过在树脂中添加纳米颗粒来制备耐磨超疏水涂层的方法具有简单、高效、成本低等特点。常用的纳米颗粒包括石墨烯、ZnO纳米棒、纳米TiO2等，但基于这些物质的复合涂层存在成本高、制备效率低等问题。所以在实际应用中需要选用价格更为低廉的物质来替代，纳米二氧化硅属于价格低廉的、常见的用来制备超疏水涂层的纳米颗粒。现有的使用纳米二氧化硅制备复合涂层的方法中，为了提高涂层的耐磨性能，通过添加硅橡胶、硫橡胶或其它橡胶来提高涂层的耐磨性能，但添加橡胶后由于纳米二氧化硅表面存在羟基，易吸水聚集，从而与有机物的相容性较差，使得二氧化硅的附着力较低，磨损后涂层很快失去超疏水能力；其次，有实验采用双连续相乳液法/双相分层法或与其它聚合物相结合使用来改善涂层和基底之间的附着力，但这些方法在使用过程中需要使用大量的有机溶剂，会产生大量的污染性气体，对环境污染较严重，且成本较高。因此亟需开发基于二氧化硅的新型超疏水涂层制备技术，提高涂层的耐磨性和实用性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有耐磨性能的超疏水涂层及其制备方法，选用价格低廉的纳米二氧化硅和多壁碳纳米管构筑杂化纳米颗粒，在涂层表面形成微/纳米结构实现超疏水性能，利用二者之间的缠绕互锁作用提高涂层的耐磨性，得到具有优异耐磨性的超疏水涂层。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种具有耐磨性的超疏水涂层，该涂层具有由纳米二氧化硅和多壁碳纳米管组成的杂化体颗粒以及与树脂基体组成的复合结构。
[0007]所述纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体的质量占树脂质量的20％～30％。
[0008]所述树脂为环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂中的任一种。
[0009]所述杂化体
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树脂复合涂层的厚度为40μm～120μm。
[0010]所述多纳米二氧化硅颗粒的尺寸为20nm～200nm，多壁碳纳米管直径为10nm～50nm。
[0011]上述具有耐磨性的超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)制备纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体颗粒，在多壁碳纳米管表面修饰氨基，在纳米二氧化硅表面修饰环氧基；将表面带有氨基的多壁碳纳米管和表面带有环氧基的纳米二氧化硅放入丙酮溶剂中混合，制备纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体颗粒；
[0013](2)将步骤(1)制备出的杂化体颗粒均匀分散于丙酮溶液中，然后与树脂均匀混合形成均质液体；
[0014](3)将杂化体
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树脂复合溶液通过喷涂的方式均匀喷涂于基材的表面，并在40℃～80℃的温度下固化12h～24h，得到具有优异耐磨性能的超疏水涂层。
[0015]步骤(1)所述在多壁碳纳米管表面修饰氨基，首先是将多壁碳纳米管均匀分散于浓度比为1:1的盐酸和硝酸的混合溶液中，回流使表面羧基化，然后在其表面接枝质量分数为0.5％～1.5％的硅烷偶联剂KH550。
[0016]步骤(1)所述在纳米二氧化硅表面修饰环氧基，是使用硅烷偶联剂KH560改性纳米二氧化硅，硅烷偶联剂KH560的质量分数为0.5％～1.5％。
[0017]步骤(1)所述将表面带有氨基的多壁碳纳米管和表面带有环氧基的纳米二氧化硅放入丙酮溶剂混合过程中，磁力搅拌64h～80h，控制两者质量比例为1:1～5:1，得到纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体颗粒。
[0018]本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：本专利技术制备了一种具有优异耐磨性能的超疏水涂层，首先制备纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体，之后将杂化体与树脂混合形成均质液体；接着将杂化体
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树脂复合溶液均匀喷涂于基材的表面，最终得到具有耐磨性能的超疏水涂层。杂化体
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树脂复合涂层表面的微/纳米结构提高了涂层的表面粗糙度，有助于实现超疏水性能；涂层和液体之间形成的气膜可以减小腐蚀介质与涂层表面的接触面积，使金属基体免受腐蚀损害。其次，杂化体
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树脂复合涂层具有良好的耐磨性能，当涂层表面发生摩擦磨损时，缠绕互锁的杂化体使涂层表面具有良好的抗剥离能力，使涂层保持超疏水性能。本专利技术的制备工艺简单，成本低，涂层的耐磨性和超疏水性优异，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0019]图1a为实施例1中制备的纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体的透射电镜照片；图1b为实施例1中制备的杂化体
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树脂复合涂层扫描电镜图片；图1c为实施例1中制备的杂化体
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树脂复合涂层的水接触角图片。
[0020]图2a为实施例2中制备的杂化体
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树脂复合涂层粘接前的扫描电镜图片；图2b为实施例2中制备的杂化体
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树脂复合涂层粘接后的扫描电镜图片。
[0021]图3为实施例3中制备的杂化体
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树脂复合涂层循环粘接后涂层表面水接触角的变化曲线，以及多壁碳纳米管
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树脂复合涂层循环粘接后涂层表面水接触角的变化曲线。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例及附图对本专利技术做进一步的说明。下述实施例是说明性的，不是
限定性的，不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。
[0023]实施例1
[0024]1.将不锈钢片用砂纸打磨，再用丙酮、酒精、去离子水顺序超声清洗并用冷风吹干。
[0025]2.将直径为10nm的多壁碳纳米管分散于浓度比为1:1的盐酸和硝酸的混合液中，80℃回流12h，使表面羧基化；然后添加0.5％的硅烷偶联剂KH550，保持80℃，在300rpm的转速下搅拌24h，甲苯、去离子水依次清洗3次后，真空干燥得到带有氨基的多壁碳纳米管。
[0026]3.在20ml去离子水中加入0.5％的硅烷偶联剂KH560，在300rpm的转速下磁力搅拌30min，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有耐磨性的超疏水涂层，其特征在于，涂层具有由纳米二氧化硅和多壁碳纳米管组成的杂化体颗粒以及与树脂基体组成的复合结构。2.根据权利要求1所述的具有耐磨性的超疏水涂层，其特征在于，所述纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体的质量占树脂质量的20％～30％。3.根据权利要求1所述的具有耐磨性的超疏水涂层，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂中的任一种。4.根据权利要求1所述的具有耐磨性的超疏水涂层，其特征在于，所述杂化体
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树脂复合涂层的厚度为40μm～120μm。5.根据权利要求1所述的具有耐磨性的超疏水涂层，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒的尺寸为20nm～200nm，多壁碳纳米管直径为10nm～50nm。6.权利要求1
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5任一项所述的具有耐磨性的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备纳米二氧化硅
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多壁碳纳米管杂化体颗粒，在多壁碳纳米管表面修饰氨基，在纳米二氧化硅表面修饰环氧基；将表面带有氨基的多壁碳纳米管和表面带有环氧基的纳米二氧化硅放入丙酮溶剂中混合，制备纳米二氧化硅
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【专利技术属性】
技术研发人员：张达威，张帆，徐迪，马菱薇，王金科，黄尧，李晓刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：