[发明专利]一种疏水涂料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属涂层技术，具体的说是一种疏水涂料及其在金属表面进行疏水处理中的应用。

背景技术

疏水涂层是一种涂层技术，在表面防腐和防水方面都有广泛的应用。这种技术的典型应用是用在水溶性电解液的电极保护上；在建筑方面，外墙的涂料通常要求有一定的疏水性，通过提高表面的疏水性能，可以使表面的粉尘及杂质不能牢固的粘附在涂层表面，很容易被雨水带走，从而使表面具有自清洁功能也是疏水涂层应用的一个方向；另外飞船的环境控制和生命保障系统需要为航天员提供一个基本的生活条件和适宜的工作环境，这就对密封舱内部的温度，湿度有一定的要求，从而对内部材料有很高的防水防腐要求和除湿要求，也是本疏水涂层的应用方向之一。

过去常用的表面防腐涂层的主要成分为聚合物膜，疏水固体装填物，及疏水液体等，然而由于他们的成键形式多种多样，无法对表面实现防腐及防水等方面双功能的保护。

硅烷在发现其卓越防腐性能以前，硅烷作为胶粘剂被广泛应用于玻璃或陶瓷强化高聚复合材料中。据报道，经过少量硅烷处理的玻璃强化体与高聚物基体形成的界面具有很好的粘接强度，因此大大提高了复合材料的整体机械性能。系统而全面的硅烷防锈性能的研究始于二十世纪九十年代初。通过这些研究发现，硅烷可以有效地用于如下金属或合金的防护：铝及铝合金，锌及锌合金(包括镀锌钢板)，铁及铁合金(包括普通碳钢及不锈钢)，铜及铜合金，镁及镁合金等。

接触角是衡量疏水涂料性能的一个主要指标，接触角越大，疏水性能越好。

美国专利[US 6743467 B1]介绍了一种疏水材料，并将其应用在涂层技术上，接触角达到了150℃以上，然而其所采用的制备方法对有机硅油的粘度有一定的要求，而我们所选用的有机硅油成本低廉，原料易得，且经过涂料处理的金属表面接触角达到了161℃。而将该涂层材料应用于孔径为5微米的镍基金属板材，其接触角达到140℃，而透气率没有影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种疏水涂料及在金属表面进行疏水处理中的应用。该材料是利用由有机硅烷和硅油掺杂无机纳米粒子共处理制得的，利用无毒无污染的原料制备的疏水浆液对金属表面进行疏水处理，制备工艺简单，成本低，并有效的提高了金属表面的疏水能力。

为达到上述目的，本发明的采用技术方案为：

一种疏水涂料，可按如下步骤制备，

1)将有机硅烷在水醇溶液中加热回流得到凝胶前体；

2)将凝胶前体与有机硅油，无机纳米粒子在溶剂C₁-C₄醇中超声分散20min-1h，然后加热回流，得到均匀的混和浆液，即为产品涂层浆液，涂层浆液是一种凝胶和纳米粒子的复合材料。

所述有机硅烷为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；有机硅油为二甲基硅油或线性体硅油；无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化锆、纳米二氧化钛、纳米二氧化铈。

步骤1)中水醇溶液中醇的选取可以为甲醇，乙醇和/或异丙醇；硅烷与水醇溶液的体积比为1～2∶2，水醇溶液中水醇的体积比为1∶0.5-1.5；水为去离子水先用盐酸或硫酸调pH值在4～6之间，加热回流，回流时间12～36小时；

步骤2)中硅油、纳米粒子、C₁-C₄醇及凝胶前体中的有机硅烷的质量比为0.5～1∶2～5∶80-105∶10；加热回流温度为70-90℃，回流时间12～48小时；无机纳米粒子粒径1-100nm为宜，且粒径均匀；

所述涂层浆液用于对金属材料表面进行疏水处理，具体操作过程为

1)将制得的浆液经超声波振荡均匀后，均匀的涂抹在金属材料表面；

2)将处理后的金属材料于300-410℃下焙烧5～20min，冷却后即在金属材料表面得到疏水涂层。

金属材料涂层前应进行预处理，将金属材料经表面清洁处理后，在0.5-2mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡大于10分钟，80-105℃烘干，备用。

金属表面的清洁处理采用打磨抛光的方法。

浆液的涂抹方式可为：浸涂法，将金属材料浸泡在浆液中，然后匀速提拉出来；旋涂法，将金属材料浸泡在浆液中，控制其旋转速度应800-1500rpm；或用毛刷沾取浆液均匀的涂抹于金属材料表面。

所述金属材料包括各类金属基材，如：镍、镍合金、铝、铝合金、锌、锌合金(包括镀锌钢板)、铁、铁合金(包括普通碳钢及不锈钢)、铜、铜合金、镁或镁合金等；多孔金属材料，如泡沫镍等。

本发明具有如下优点：