[发明专利]具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及油漆涂料领域，具体涉及一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层及其制备方法和应用。

采用添加无机颗粒的方法增加油漆涂层的粗糙度，从而增加油漆涂层的疏水性能,可以增加涂层的防水及自清洁性能，并因此延长涂层的寿命。

背景技术

由于水滴对超疏水表面具有不浸润性，水滴在其表面能够保持球状而且非常容易滚落，在滚落过程中将灰尘等污染物清理出去。由于自清洁特性，使得其在抗腐蚀涂层、减阻表面等领域有着潜在的应用价值，因此受到了来自工业界和科研界科研人员的广泛关注。通过研究发现，实现一个表面超疏水性需要满足两个条件：1.该表面具有较高的表面粗糙度；2.该表面具有较低的表面自由能。根据这两个条件，科研人员制备出多种具有良好超疏水性的涂层。如：Zhang等人采用阳极氧化铝为模板，浇铸出聚四氟乙烯和苯乙烯磺酸钠混合物组成的纳米棒阵列，水滴在其表面的接触角最高可达171°，滚动角小于5°。Jin等人采用二氧化硅颗粒来调节硅橡胶绝缘子的形貌，制备出具有微纳米复合结构的硅橡胶涂层，使得绝缘子的表面具有了超疏水的特性，接触角可达152.5°。Kwok等人采用改进型等离子体刻蚀法对聚四氟乙烯材料的表面进行了刻蚀，用于增加其表面的粗糙度，使得水滴在其表面的接触角由平整时的107°增加到粗糙处理后的153°。采用这些制备方法所制备出来的表面都具有良好的超疏水性，但是制备过程相对复杂、成本高、不适合大面积推广应用，尤其是采用各种模板制备超疏水涂层的方法成本很高。

发明内容

为了解决超疏水涂层大规模推广应用过程中遇到的问题，如制备过程复杂、成本高等缺点。以实现超疏水自清洁涂层的大规模应用：如矿山机械、防雨门窗、露天设备、运输车辆等。

本发明的目的在于提供一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层。

本发明的另一目的在于提供一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层的制备方法。

本发明的还一目的在于提供上述具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层在喷涂矿山机械、防雨门窗、露天设备或运输车辆表层中的应用。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层，其具有珊瑚状或类珊瑚状表面的纳米粗糙表面结构；该涂层的厚度为50nm~1000nm；水滴在其表面的接触角为130°~150°。

本发明还提供了一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层的制备方法，其包括如下步骤：

（1）制备ZnO微纳米复合结构颗粒：按比例将六水合硝酸锌溶液（Zn（NO₃）₂·6H₂O）和六亚甲基四胺溶液（C₆H₁₂N₄，HMT）进行超声搅拌；然后将混合液置于50~95℃的水浴槽中反应0.5~4h后取出；经室温冷却后倒掉上层清液，取出底部生成的白色ZnO颗粒，再经乙醇超声分散，离心，超声过程清洗后，置于干燥箱中干燥，得到白色固体粉末即为ZnO微纳米复合结构颗粒（所述ZnO微纳米复合结构颗粒为蒲公英状的ZnO颗粒，其外形尺度在5微米左右，内有纳米枝杈结构)；

（2）按比例将步骤（1）所得ZnO微纳米复合结构颗粒和油漆分散于有机溶剂当中，在加热超声搅拌条件下，混合溶液反应形成改性油漆自清洁涂层的前驱液；

（3）将步骤（2）所述改性油漆自清洁涂层的前驱液涂于工件的表面，在自然条件下固化成膜，即形成一种具有超疏水性的廉价改性油漆自清洁涂层。

优选的，步骤（1）中所述六水合硝酸锌溶液和六次亚甲基四胺溶液具有相同的浓度，浓度范围为0.1~1mol/L，二者的体积比为0.5~2:1。

优选的，步骤（1）所述超声的功率为40~100W，超声时间为10~60min；所述搅拌的温度为室温，搅拌的速率为1000~2000rpm，时间为5~10min,；所述离心的速率为1000~8000rpm，离心的时间为5~10min。

优选的，步骤（2）中所述微纳米复合结构颗粒、有机溶剂和油漆的质量比优选为0.15~4.0:0.2~2.0:1~16。所述有机溶剂优选为硅烷偶联剂，松香水，丙酮，各种醇、醛、醚、苯、烷等；其中硅烷偶联剂型号有KH-550，KH-560，KH-570，KH-792。

其中，步骤（2）中所述加热超声搅拌的超声功率为40~100W，超声时间10~60min;搅拌的速度为1000~2000rpm,搅拌加热温度为20~80℃，搅拌的时间为30min~4h。