[发明专利]一种环氧树脂超疏水涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及疏水涂层的制备方法，确切地说是一种表面接枝改性法和有机/无机复合制备环氧树脂超疏水涂层的方法。

背景技术

表面性质是固体材料最重要的理化性质之一，许多物理化学过程，如吸附、催化、粘合、摩擦等都与物质的表面性能密切相关。而浸润性又是材料表面性质的一个主要方面，在催化、涂饰、防水、生物医用材料等领域有着重要作用。近年来，超疏水表面引起了人们的广泛关注，表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述，所谓超疏水表面是指与水的接触角大于150°，而滚动角小于10°的表面，它在工业生产及生物医用领域都有着极其广阔的应用前景，例如，天线及玻璃表面的防雪、交通指示灯的自清洁、船体表面减小摩擦、纺织品防污、金属精炼及细胞运动性等。

目前许多超疏水表面的制备方法已有报道，主要有以下几个方面：(1)McCarthy等用射频等离子体刻蚀双轴取向的聚丙烯膜，并加入聚四氟乙烯对聚丙烯的表面进行氟化改性，通过调节时间来控制聚丙烯表面的粗糙度和氟化程度，接触角可达θa/θr＝172°/169°；(2)Rao等用溶胶凝胶的方法，以甲基三甲氧基硅烷为前驱体，在甲醇溶液中，氨水为催化剂，得到的粗糙硅气溶胶表面的CA可达170°；(3)Lau等在碳纳米管阵列薄膜的表面上以化学气相沉积法沉积一层共形的聚四氟乙烯膜，得到的材料表面具有很好的疏水性；(4)韩艳春等通过对PTFE橡胶带进行简单的拉伸，随着拉伸率的增大，构成橡胶的纤维状PTFE晶体之间的距离增大，导致表面的粗糙度增加，表面CA也随之增加。在190％的拉伸率时，CA达165°；(5)Erbil等以等规聚丙烯为成膜物质，通过选择合适的溶剂、沉淀剂和成膜温度来调控溶液成膜过程中聚合物的结晶速率，得到了具有多孔结构的聚合物表面，与水的CA可达160°；(6)江雷等将聚丙烯腈原溶液通过多孔氧化铝模板挤入凝固液中固化，制备的针状聚丙烯腈纳米纤维阵列与水的CA达173°；(7)江雷等用电化学沉积得到粗糙的氧化锌表面，CA为128°，经氟硅烷处理后CA提高到152°；(8)Rubner用静电自组装技术得到蜂窝状的聚电介质表面，然后在表面引入无机纳米硅颗粒提高表面的粗糙度，经含氟硅烷疏水修饰后，得到超疏水表面；(9)刘维民等用氢氧化钠溶液腐蚀铝或铝合金的表面来得到粗糙表面，分别经氟烷或乙烯基有机硅疏水修饰后，得到金属基底的超疏水表面。

现有报道的大多数超疏水表面的制备过程中均涉及到用较昂贵的低表面能物质，如含氟或硅烷的化合物来降低表面的表面能，而且许多方法涉及到特定的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以用于大面积超疏水表面的制备，这就制约了该类超疏水涂膜在外墙涂料、工业涂料等工程领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简化环氧树脂超疏水涂层的制备方法，解决超疏水表面生产成本高、制备工艺复杂、应用性差的问题，采用有机/无机杂化法在基底材料表面进行涂膜，经加热固化可不经表面修饰直接制得接触角大于150°，具有优良综合性能的环氧树脂超疏水涂料。

实现本发明目的的技术方案是：一种环氧树脂超疏水涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)涂层溶胶的制备：

将二氧化硅颗粒溶于溶剂中，加入硅烷偶联剂，在0～100℃条件下搅拌充分反应，再加入水性环氧树脂涂料、疏水剂，搅拌反应，制得涂层溶胶；

(2)基底材料表面涂膜：

用提拉涂膜、旋涂、流延涂膜或喷涂的方法将步骤(1)中制得的溶胶均匀涂抹于基底表面，提出后室温下静置待用；

(3)加热固化过程：

将步骤(2)中涂膜的基地材料放入烘箱中，在室温或升到250℃温度范围使环氧树脂固化交联，取出后即得环氧树脂超疏水涂层。

本发明所用的二氧化硅颗粒为形貌、粒径均不相同的至少两种大小的二氧化硅颗粒的混合。二氧化硅用量为溶解它溶剂质量的0.5～30％。

本发明所用的分散二氧化硅颗粒的溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、正丙醇、异丙醇、丁醇或异丁醇。

本发明所用的硅烷偶联剂为带反应性氨基和烷氧基的硅烷，其分子式如下：

其中X可以是烷基或是烷氧基。

本发明所用的疏水剂为C8-C22烷基三氯硅烷、C8-C22烷基三烷氧基硅烷、四氢全氟C6-C12烷基三氯硅烷、四氢全氟或C6-C12烷基三烷氧基硅烷。

本发明所用的环氧树脂可以是水性的环氧树脂乳液，也可以是无其他助剂的环氧树脂加固化剂，分子量为1000～100000。多用双酚A型环氧树脂，其结构式为：