一种超疏水涂料及其制备方法和应用、超疏水涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超疏水涂料及其制备方法和应用、超疏水涂层及其制备方法和应用，属于金属设备腐蚀防护技术领域。本发明专利技术以热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)与碳纳米管(CNT)为主体，利用硅源在羧基化碳纳米管表面原位生长二氧化硅制备CNT@SiO2复合粒子，然后在所述CNT@SiO2复合粒子表面化学接枝1H,1H,2H,2H

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水涂料及其制备方法和应用、超疏水涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属设备腐蚀防护
，尤其涉及一种超疏水涂料及其制备方法和应用、超疏水涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属是工业领域的核心工程材料，广泛应用于工业、建筑、海洋和航空领域。虽然金属的许多物理特性如延展性、刚度和高强度等使金属材料得到广泛应用，但它们也有局限性，金属在恶劣环境中的窗蚀便是其中之一。金属的腐蚀会导致金属部件过早失效损坏，并导致经济的损失、环境的污染和人员的伤亡。
[0003]为了防止金属腐蚀，现有方法通常是在金属表面形成一层超疏水涂层，金属表面的超疏水涂层能够在固液接触面形成空气层，产生空气屏蔽效应，从而减弱金属表面和液体之间的相互作用，产生较好的耐腐蚀性和低腐蚀速率。然而，虽然超疏水涂层在金属材料防腐方面表现出了优异的性能，但超疏水涂层的微纳米粗糙结构在受到外界机械摩擦时容易被磨耗损坏而丧失超疏水性，从而限制了超疏水涂层的工业化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超疏水涂料及其制备方法和应用、超疏水涂层及其制备方法和应用，能够解决超疏水涂层耐磨性差的缺点。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将羧基化碳纳米管的分散液和硅源混合，在碱性条件下进行第一复合，得到CNTs@SiO2复合粒子；
[0008]将所述CNTs@SiO2复合粒子、1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷和第一有机溶剂混合，进行接枝改性，得到疏水复合粒子分散液；
[0009]将所述疏水复合粒子分散液、热塑性聚氨酯弹性体和第二有机溶剂混合，进行第二复合，得到超疏水涂料。
[0010]优选的，所述羧基化碳纳米管的管径为40
±
10nm；所述硅源包括正硅酸乙酯；所述羧基化碳纳米管和硅源的质量比为1:30；
[0011]所述第一复合的温度为室温，时间为10～15h。
[0012]优选的，所述CNTs@SiO2复合粒子、1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷和第一有机溶剂的用量比为1g:1mL:(29～39)mL；
[0013]所述接枝改性的温度为室温，时间为1～2h。
[0014]优选的，CNTs@SiO2复合粒子与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:3；所述热塑性聚氨酯弹性体和第二有机溶剂的用量比为1g:(10～20)mL；
[0015]所述第二复合的温度为70～80℃，时间为1～2h。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的超疏水涂料，包括热塑性聚氨酯弹性体和镶嵌于所述热塑性聚氨酯弹性体中的1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷改性CNT@SiO2复合颗粒。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案上述技术方案所述超疏水涂料在制备超疏水涂层中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种超疏水涂层，所述超疏水涂层由超疏水涂料固化形成；所述超疏水涂料为上述技术方案所述超疏水涂料。
[0019]本专利技术提供了上述技术方案所述超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将超疏水涂料与固化剂混合，将所得混合物料涂覆于基底，进行固化，在基底上形成超疏水涂层；所述超疏水涂料为上述技术方案所述超疏水涂料。
[0021]优选的，所述固化剂包括HDI三聚体固化剂；所述固化的温度为室温，时间为8～10h。
[0022]本专利技术提供了上述技术方案所述超疏水涂层或上述技术方案所述制备方法制备得到的超疏水涂层在金属防护中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：将羧基化碳纳米管的分散液和硅源混合，在碱性条件下进行第一复合，得到CNTs@SiO2复合粒子；将所述CNTs@SiO2复合粒子、1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷和第一有机溶剂混合，进行接枝改性，得到疏水复合粒子分散液；将所述疏水复合粒子分散液、热塑性聚氨酯弹性体和第二有机溶剂混合，进行第二复合，得到超疏水涂料。
[0024]本专利技术以热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)与碳纳米管(CNT)为主体，利用硅源在羧基化碳纳米管表面原位生长二氧化硅制备CNT@SiO2复合粒子，然后在所述CNT@SiO2复合粒子表面化学接枝1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷形成疏水基团，再将所形成的疏水复合粒子分散在热塑性聚氨酯中制得超疏水涂料。首先，CNT@SiO2复合粒子中碳纳米管将二氧化硅连在一起形成链状结构，摩擦引起的剪切力可以在很大程度上消散在整个涂层上，而不是局部颗粒上，避免了由外力引起的纳米颗粒脱落，表现出良好的机械耐久性，提高涂层的耐磨性，并在磨损后保持超疏水性。其次，热塑性聚氨酯弹性体具有优异的耐磨、耐油和耐老化的优点，CNTs@SiO2均匀地嵌入TPU中，形成连续的粗糙度，当表面层被磨损后，底层形成一个新的粗糙表面，赋予涂层持久的超疏水性，克服了传统超疏水涂层耐久性差的缺点。
[0025]此外，本专利技术制备的超疏水涂料所形成的超疏水涂层表面CNTs@SiO2颗粒形成微/纳米结构，从而在固液接触面形成一个空气层，将空气截留在表面孔隙中，空气屏蔽效应的形成减弱了金属表面和液体之间的相互作用，从而防止液体中H
+
、Na
+
、Cl
‑
、SO
42
‑
和OH
‑
的渗透，在酸、碱、盐这些极端的溶液环境下具有优异的耐腐蚀性能和低腐蚀速率，在设备的腐蚀防护金属等领域具有非常广阔的应用前景。
[0026]实施例结果表明，本专利技术提供的超疏水涂层的接触角为163
°
，滚动角为2.9
°
，具有优异的疏水性；同时，在500克(或4千帕的压力)的负载下，使用600目的砂纸进行磨损，每个周期移动20cm，在130次循环后涂层仍然保持超疏水(CA＝157.4)，说明摩擦并不会对涂层的疏水性造成影响，所制备的超疏水涂层耐磨性优异。
附图说明
[0027]图1为本专利技术超疏水涂料和超疏水涂层的制备流程图；
[0028]图2为本专利技术制备的超疏水涂层的耐磨性机理和可再生机理示意图；
[0029]图3为实施例1制备的超疏水涂层的微观结构图和EDS图；
[0030]图4为实施例1制备的超疏水涂层疏水性的测试结果；
[0031]图5为实施例1制备的超疏水涂层的耐磨性测试结果；
[0032]图6为实施例1制备的耐磨超疏水涂层的防腐蚀性能图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]将羧基化碳纳米管的分散液和硅源混合，在碱性条件下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将羧基化碳纳米管的分散液和硅源混合，在碱性条件下进行第一复合，得到CNTs@SiO2复合粒子；将所述CNTs@SiO2复合粒子、1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三甲氧基硅烷和第一有机溶剂混合，进行接枝改性，得到疏水复合粒子分散液；将所述疏水复合粒子分散液、热塑性聚氨酯弹性体和第二有机溶剂混合，进行第二复合，得到超疏水涂料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羧基化碳纳米管的管径为40
±
10nm；所述硅源包括正硅酸乙酯；所述羧基化碳纳米管和硅源的质量比为1:30；所述第一复合的温度为室温，时间为10～15h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CNTs@SiO2复合粒子、1H,1H,2H,2H
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全氟癸基三甲氧基硅烷和第一有机溶剂的用量比为1g:1mL:(29～39)mL；所述接枝改性的温度为室温，时间为1～2h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，CNTs@SiO2复合粒子与热塑性聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡军，申彬彬，朱峪成，渠建英，刘喻波，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：