一种透明耐用防污涂料的制备方法与应用技术

本发明专利技术属于防污涂料技术领域，具体涉及一种透明耐用防污涂料的制备方法与应用。本发明专利技术采用低表面能分子对异氰酸酯进行接枝后，与多羟基反应底物反应制备得到新化学结构的涂料/涂层。本发明专利技术使用环保的、低表面能的聚二甲基硅氧烷或其共聚物作为防污基团，无氟、无含氟溶剂、无酰氯等，成本低廉、环境友好；制备得到的涂层不需要溶剂即可固化成型；对玻璃等基底材料的附着力高、光泽好、透明度高、并具有高的耐磨性；可使用旋涂、拉涂、刷涂、浸涂等多种涂覆方法制备；可以涂覆在多种材料表面而具有高的普适性；可用于电子触摸屏、精密仪器表面、织物表面等领域。物表面等领域。物表面等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种透明耐用防污涂料的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于防污涂料
，具体涉及一种透明耐用防污涂料的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会的发展、科技的进步，市场上出现了越来越多的触屏类电子产品和精密仪器，但是在使用过程中，这些产品的表面会附着大量的灰尘、污物以及指纹等，并且难以擦拭干净，从而严重影响产品的美观以及使用效果。比如，作为“人体身份证”的指纹，会通过日常接触使其携带的汗液、皮脂、化妆品、护肤品等成分残留在设备的表面，进而在一定程度上降低了产品的舒适度、表面透明度、清洁度和准确率，严重者甚至会引入微生物、造成电化学腐蚀等。有研究表明，自然状态下指纹在材料表面能保持长达四十年，这在很大程度上制约了触摸屏、金属工业、透明设备、光学镜头、智能终端等精密仪器的发展。同时，也对材料表面的防污性能提出了巨大的挑战。因此，目前需要解决的问题就是如何使产品表面防污、不沾指纹。
[0003]根据植物叶子的自清洁效应，当前普遍认为的具有防污效果的表面大致可分为两类，即表面粗糙化的超疏表面和润滑的平面。其中，超疏表面的接触角＞150
°
，其包括超疏水表面、超疏油表面、超双疏表面等；而润滑的平面往往具有小的接触角滞后(前进角与后退角的差值)和小的滚动角。对于超疏表面，一般都需要人工制备精细的微纳米粗糙结构，在表面做低表面能的化学修饰后方能实现超疏液的性能。但这类材料的机械性能往往非常脆弱，在较小压强下用纤维布就能破坏其物理结构或表面的化学成分，继而引起疏液性能失效。同时，这类材料的透明度往往很低、制备工艺复杂/耗时、成本高、保存条件要求高等，使用场景非常有限等。比如中国专利技术专利CN102180016A使用Bosch工艺制备了100nm
‑
4μm尺度的亚微米阵列，然后通过修饰长链烷烃硅烷得到超疏表面，但其制备工艺昂贵、耗时，且难以大规模生产，耐磨性能差、普适性低。专利技术专利CN107059469A将纳米二氧化硅颗粒、氟硅聚合物等混合物经超声分散后晾干于纸片表面从而制备得到超疏液纸张，该方法虽然简便，但涂层与基底之间的附着力差，机械性能差。
[0004]基于应用性的考虑，润滑的平面在应用方面更具有优势。因为该类材料的透明度高，对材料的附着力也高，且制备工艺相对简便，同时接触角滞后小或滚动角小。但目前这类材料多以含氟物质为主，如全氟卤素硅烷、全氟烷氧基硅烷、全氟聚醚、多氟嵌段共聚物、以及含氟小分子溶剂等。然而含氟物质会在生物体内富集，对自然环境和生命健康存在潜在且不可逆的安全隐患。另外有研究报道，含氟防指纹手机触摸屏涂层材料的氟溶剂可导致有机氟急性中毒。所以急需开发无氟的环保型超疏水材料。
[0005]目前，虽然有不少的方法及工艺已用于无氟超疏水涂料的开发，但现有的制备方法仍存在条件苛刻、制备过程复杂、不够绿色环保等问题。比如中国专利技术专利CN108504269B使用含双键的丙烯酸/丙烯酸酯类单体，在紫外光或太阳光照射下固化得到无氟防污涂层，从而避免了含氟材料或溶剂的使用。但该方法对光源有高的要求(如需要特定功率的紫外
灯，或较长时间日照等)，且其所用的丙烯酸类化合物的双键键能低易被氧化、制备步骤繁琐、反应条件苛刻等。因此，开发一种制备方法简单，绿色环保，且透明、环保、耐用的多功能防污材料对实际应用方面更有意义。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种透明耐用防污涂料的制备方法，使用无氟材料等环保材料，可不加溶剂制备，工艺简单，成本低廉，同时能使制备得到的涂料/涂层保持高的防污性、耐用性、透明性等性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术提供了一种透明耐用防污涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009]S1、异氰酸酯接枝：先将催化剂制备成2
‑
20wt％的催化剂溶液，然后往异氰酸酯中加入甲苯、催化剂溶液和低表面能分子，并置于80
‑
120℃的油浴中搅拌反应1
‑
4h，降温除去甲苯后再加入乙腈，经离心、取上清液并除去溶剂后得到接枝后的异氰酸酯；所述低表面能分子为聚二甲基硅氧烷或其共聚物；
[0010]S2、防污涂料的制备：往步骤S1接枝后的异氰酸酯中加入多羟基反应底物和助溶剂，搅拌均匀后得到透明耐用防污涂料。
[0011]优选地，所述异氰酸酯、甲苯、催化剂溶液、低表面能分子的添加比例为5g：3
‑
30mL：20μL：0.1
‑
11.4g。具体的，所述异氰酸酯、甲苯、催化剂溶液、低表面能分子的添加比例为5g：3mL：20μL：0.19g。
[0012]优选地，所述异氰酸酯为包括2个或2个以上官能团的异氰酸酯类单分子或寡聚物，且异氰酸酯的异氰酸基含量为10
‑
30wt％。
[0013]进一步地，所述异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯或其二聚体或三聚体、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、1,5
‑
萘二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、3,3'
‑
二甲基
‑
4,4'
‑
二苯基二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、乙(基)苯(基)二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯、L
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赖氨酸三异氰酸酯中的至少一种。
[0014]具体地，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体(Hexamethylene Diisocyanate trimer,HDIT)。
[0015]优选地，所述低表面能分子包括单羟基封端的线性聚二甲基硅氧烷、单羟基封端的聚支链的聚二甲基硅氧烷、单羟基封端的聚二甲基硅氧烷共聚物，且所述低表面能分子的羟基当量为10
‑
20g/mol，分子量为1000
‑
10000g/mol。
[0016]具体地，所述低表面能分子为单羟基封端的线性聚二甲基硅氧烷(Linear Polydimethylsiloxane,LPDMS)，且所述低表面能分子的羟基当量为12g/mol，分子量为6000g/mol。
[0017]优选地，所述多羟基反应底物包括线性多羟基丙烯酸酯共聚物、具支链多羟基丙烯酸酯共聚物，且所述多羟基反应底物的羟基含量为1
‑
10wt％。
[0018]具体地，所述多羟基反应底物为聚丙烯酸酯共聚物(Polyacrylate,PAC)，且所述多羟基反应底物的羟基含量为2.95wt％。
[0019]优选地，接枝后的异氰酸酯与多羟基反应底物、助溶剂的添加比例为1g：1
‑
5g：1
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50mL。具体地，接枝后的异氰酸酯与多羟基反应底物、助溶剂的添加比例为1g：3g：10mL。
[0020]优选地，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明耐用防污涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、异氰酸酯接枝：先将催化剂制备成2
‑
20wt％的催化剂溶液，然后往异氰酸酯中加入甲苯、催化剂溶液和低表面能分子，并置于80
‑
120℃的油浴中搅拌反应1
‑
4h，降温除去甲苯后再加入乙腈，经离心、取上清液并除去溶剂后得到接枝后的异氰酸酯；所述低表面能分子为聚二甲基硅氧烷或其共聚物；S2、防污涂料的制备：往步骤S1接枝后的异氰酸酯中加入多羟基反应底物和助溶剂，搅拌均匀后得到透明耐用防污涂料。2.根据权利要求1所述的一种透明耐用防污涂料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯、甲苯、催化剂溶液、低表面能分子的添加比例为5g：3
‑
30mL：20μL：0.1
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11.4g。3.根据权利要求1所述的一种透明耐用防污涂料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为包括2个或2个以上官能团的异氰酸酯类单分子或寡聚物，且异氰酸酯的异氰酸基含量为10
‑
30wt％。4.根据权利要求3所述的一种透明耐用防污涂料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯或其二聚体或三聚体、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、1,5
‑
萘二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、3,3'
‑
二甲基
‑
4,4'
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雪林，吴成蛟，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：