一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法，具体为：向溶剂中加入空心无机纳米颗粒和疏水改性剂，加热条件下，往混合溶液中加入碱性催化剂进行缩合反应；反应后，调节混合溶液的pH至弱酸性或中性，反应后得到透明耐磨超双疏涂料。基于本发明专利技术方法得到的涂料形成的涂层表面粗糙度和机械强度高，且与基底的附着力良好，能够解决现有涂层存在的透明度问题，并且还具有良好的超双疏性能。并且还具有良好的超双疏性能。并且还具有良好的超双疏性能。

【技术实现步骤摘要】
一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法。

技术介绍

[0002]超疏水超疏油表面具有自清洁、防腐蚀、防污染和抗结冰等特性受到科学工作者的广泛关注。在实际生产中，超双疏表面很容易实现对油性物质和水渍的低黏附性，进而达到自清洁的效果。超双疏表面得以实现主要归因于微纳级的粗糙结构和低表面能物质。但大多数仿生超疏水表面的透明度较低，机械耐久性差，难以应用于实际生产生活中。目前透明超双疏涂层的制备主要采用双组分系统即“底胶+面漆”的组合，制备步骤繁琐，且厚重的底胶也严重影响了涂层的透明度。
[0003]在现有技术中通过添加纳米颗粒增加涂层的粗糙度，进而提高涂层的超疏水性能，但会导致涂层透明度降低。同时在耐磨超疏水涂料的制备中，为了增加涂料与基底的结合力，通常使用大量的聚合物胶粘剂，也会影响涂层的透明度。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法，基于该方法得到的涂料形成的涂层表面粗糙度和机械强度高，且与基底的附着力良好，能够解决现有涂层存在的透明度问题，并且还具有良好的超双疏性能。
[0005]技术方案：本专利技术所述的透明耐磨超双疏涂料的制备方法，具体为：向溶剂中加入空心无机纳米颗粒和疏水改性剂，加热条件下，往混合溶液中加入碱性催化剂进行缩合反应，反应后，调节混合溶液的pH至弱酸性或中性，反应后得到透明耐磨超双疏涂料。
[0006]在碱性条件下疏水改性剂以缩合反应为主，生成粗糙的树莓状空心纳米颗粒；然后在酸性条件下，由于水解速率大于缩合速率，疏水改性剂水解成交联网络低聚物，其羟基用于抓取基材实现涂层的耐磨性能，另一方面用于共价连接树莓状空心纳米颗粒从而形成以粗糙树莓状的空心纳米颗粒为结点的网络结构。
[0007]碱性条件下，羟基进攻硅原子中心(疏水改性剂分子)，水解得到去质子化的硅醇(SiO
‑
)，羟基和去质子化的硅醇(SiO
‑
)作为强亲核试剂在缩合反应过程进攻硅原子中心，疏水改性剂含有三个可水解的基团(乙氧基)，乙氧基水解后形成硅氧键，硅氧键缩合通过Si
‑
O
‑
Si键结合在一起，从而在空心纳米颗粒上生长形成新的次级纳米颗粒，即得到树莓状结构，并在其表面修饰上低表面能物质(疏水长链)。中性或酸性条件下，疏水改性剂中硅原子的电荷密度更高，从而交联形成线性链状网络结构。
[0008]其中，所述溶剂为醇的水溶液，醇为乙醇或异丙醇，优选为乙醇。
[0009]其中，所述空心无机纳米颗粒为空心二氧化硅纳米颗粒(Evonik Degussa有限公司)、空心二氧化钛纳米颗粒或空心碳酸钙纳米颗粒中的至少一种；优选空心二氧化硅纳米颗粒。
[0010]其中，所述空心无机纳米颗粒的粒径为10～80nm，优选为50nm。
[0011]其中，所述疏水改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或十八烷基三氯硅烷中的至少一种，优选为十七氟三乙氧基硅烷。
[0012]其中，所述空心无机纳米颗粒与疏水改性剂的质量体积比为0.25～0.75g：0.75～1.45mL；优选质量体积比为0.5g：1mL。
[0013]其中，所述碱性催化剂为醋酸钠、柠檬酸钠、乙酸铵、三乙胺、氨水或氢氧化钠中的一种或多种的组合；优选碱性催化剂为氨水。不同催化剂种类会导致空心无机纳米颗粒载体上次级纳米颗粒的尺寸不同，催化剂的加入量也会影响空心无机纳米颗粒载体上次级纳米颗粒的形貌不同，催化剂的加入量过多会导致次级纳米颗粒自发团聚成球，同时空心无机纳米颗粒也会发生团聚。
[0014]不同催化剂可催化产生不同尺寸的次级纳米颗粒，进而进一步调节涂料的粗糙程度。次级纳米颗粒越大，粗糙度越大，接触角越大。其中，所述碱性催化剂与疏水改性剂的加入体积比为30：1～4；使混合溶液的pH为8.5～10.5。若缩合反应过程中pH过高(pH高于10.5)，则会导致次级纳米颗粒之间相互团聚，无法生成呈树莓形貌的纳米颗粒。
[0015]其中，所述碱性催化剂的滴加速度为0.15mL/min～0.30mL/min，优选滴加速度为0.15mL/min。控制滴加速度可以生成形貌均匀的次级纳米颗粒，过高或过低会导致形成的颗粒尺寸大小不同，会降低涂层透明度。
[0016]其中，所述加热温度为40～60℃，优选温度为40℃；缩合反应时长为4～6小时，优选为6小时。加热温度影响次级纳米颗粒的形成，过高或者过低导致无法在空心纳米颗粒载体上生成次级纳米颗粒，进而降低涂层的粗糙度，接触角降低。
[0017]其中，所述混合溶液的pH至弱酸性或中性，优选PH为7.5；水解反应时长为6～10小时，优选为8小时。
[0018]将制得的超双疏涂料以浸泡、旋涂或喷涂的方式涂覆在基材上，40～60℃下固化5～7h，在基材表面获得透明耐磨的超双疏涂层。其中，基材为金属、纸张、玻璃、木头、皮革或塑料中的一种。
[0019]催化剂催化疏水改性剂在无机空心纳米颗粒上通过缩合反应得到树莓状空心纳米颗粒，即无机空心纳米颗粒从表面光滑变成表面具有多个凸起结构，每个凸起结构处连有疏水长链(低表面能物质)，从而提高其粗糙度和降低表面能。树莓状空心纳米颗粒直径为10～80nm，树莓状空心颗粒兼具树莓颗粒(次级纳米颗粒)和空心纳米颗粒双重特性：在涂料中分散性好、粒径小、高折射率和高硬度，可用于提高涂层的透明度、粗糙度和机械强度。调节溶液pH为弱酸性或中性是为了使疏水改性剂水解成交联的网络状结构，用于提高与基底表面的黏附性和进一步降低涂料的表面能，本专利技术涂料形成有树莓状空心纳米颗粒为结点的网络交联结构，具有表面能低、粗糙度高、透明度高、耐磨性强以及水和油的接触角均能达到160
°
以上的优点。本专利技术首先在催化剂作用下，添加疏水改性剂和空心无机纳米颗粒通过缩合反应后在空心无机纳米颗粒表面生成树莓状的凸起结构；然后调节混合溶液pH为中性或弱酸性水解疏水改性剂，获得耐磨透明超双疏涂料。将制得的超双疏涂料喷涂在基材上，获得透明耐磨的超双疏涂层。本专利技术首先利用催化剂催化反应物得到具有低表面能且粗糙的树莓状空心纳米颗粒，然后调节溶液pH为弱酸性以水解疏水改性剂以获得交联网状结构,网状结构表面的羟基端牢固抓取基底，疏水剂长链端用于提供低表面能，同时树莓状空心纳米颗粒用于提供粗糙度和高折射率，因而得到的涂层具有高透明性、高耐
摩擦性能和优异的超疏水超疏油性能。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的优点：本专利技术利用碱性条件催化疏水改性剂发生缩合反应在空心纳米颗粒上均匀形成有多个次级纳米颗粒(硅球)，从而形成粗糙的树莓状空心纳米结构，不仅解决了涂层透明度问题还进一步提高了涂层表面的粗糙度和机械强度，其粗糙度值高达340nm，且有效降低了涂层的表面能，可实现高接触角(大于160
°
)；然后中性或酸性条件下疏水改性剂水解成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明耐磨超双疏涂料的制备方法，其特征在于，具体为：向溶剂中加入空心无机纳米颗粒和疏水改性剂，加热条件下，往混合溶液中加入碱性催化剂进行缩合反应；反应后，调节混合溶液的pH至弱酸性或中性，反应后得到透明耐磨超双疏涂料。2.根据权利要求1所述的透明耐磨超双疏涂料的制备方法，其特征在于：所述空心无机纳米颗粒为空心二氧化硅纳米颗粒、空心二氧化钛纳米颗粒或空心碳酸钙纳米颗粒中的至少一种。3.根据权利要求4所述的透明耐磨超双疏涂料的制备方法，其特征在于：所述空心无机纳米颗粒的粒径为10～80nm。4.根据权利要求1所述的透明耐磨超双疏涂料的制备方法，其特征在于：所述疏水改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或十八烷基三氯硅烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述的透明耐磨超双疏涂料的制备方法，其特征在于：所述空心无机...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜勇，胡文栋，叶小壮，未英英，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：