[发明专利]航空涂料、其制备方法及形成航空用涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空涂料、其制备方法及涂层形成方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

航空用涂层一般由底漆和面漆组成，面漆的玷污性是一项很重要的技术指标，该性能的优劣直接影响着飞机的外观、涂层的使用耐久性、清洗维护的便捷性、外场维护周期的长短和维护费用的高低，并在一定程度上影响特殊功能涂层的性能，例如红外隐身涂层表面的污染会显著影响红外发射率，降低红外隐身性能；迷彩伪装涂层表面的污染会改变涂层的光谱发射率，使涂层失去伪装效果。

目前用于航空涂层面漆的多为有机材料，有机涂层通常具有亲水表面，水接触角θ＜90°，水滴不易从涂层表面滑落而使水与污物共存，不能有效带走污物，因此耐玷污性（自清洁性）较差。而当涂层具有疏水表面（θ＞90°）或超疏水表面（θ＞150°）时，水滴在涂层表面极易滚动并带走灰尘，从而使涂层表面具有自清洁性。显然，制备疏水或超疏水的表面，是提升有机涂层耐玷污性的关键。

国内外已开展了大量对疏水或超疏水涂层表面的研究工作，例如Yuekun Lai（Journal of Materials Chemistry,2012,22,7420-7426）利用电沉积方法制备了二氧化钛超疏水涂层；Z.G.Guo（Appl.Phys.Lett.,2007,90,193108）通过水热合成法制备出微观结构为纳米棒阵列的Co₃O₄超疏水表面；E.Gogolides（Nanotechnology,2007,18,125304）采用纳米冲洗和等离子蚀刻方法制备出了超疏水聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面；J.Genzer（Science,2000,290,2130）利用自组装法制备了含氟多层涂层。

归纳起来，目前形成疏水或超疏水涂层表面的涂料，其主要成分可大致分为两类：一类是有机聚合物，如聚丙烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丙基丙烯酰胺、聚苯乙烯或聚四氟乙烯等；另一类是无机非金属，如碳纳米管、TiO₂、ZnO、SnO₂、SiO₂或Al₂O₃等。形成疏水或超疏水涂层的方法可以为溶胶凝胶法、刻蚀法、等离子体处理法、气相沉积法、电化学法、异相成核法以及自组装法等。就构建疏水或超疏水表面单项技术而言，无疑是成熟的，但从适用化角度来分析，包括上述涂层在内的现有疏水或超疏水涂层作为航空防污涂层的应用还存在一系列的问题，主要表现为：有机聚合物涂层在防腐性、强度和颜色多样化等方面不能满足航空应用的需求，无机非金属涂层在柔韧性、耐冲击性和附着力等方面离航空应用需求差距还很大。除此之外，上述疏水或超疏水涂层的制备工艺也相当复杂，在实际应用中可操作性差，不适合工业化生产。

因此，需要得到一种在满足航空应用的同时具有良好疏水性的涂层。

发明内容

本发明提供一种航空用涂料，其具有良好的疏水性，从而具有良好的耐玷污性及自清洁性，并且能够满足航空应用的要求。

本发明还提供一种上述涂料的制备方法，工艺简单易于操作，有利于工业化生产。

本发明还提供一种形成涂层的方法，使用上述涂料在常温下固化形成，操作简便。

本发明提供一种航空用涂料，其中，按重量百分比，所述涂料包括经有机改性剂进行表面改性的二氧化钛纳米粉体10-25%、有机硅改性聚氨酯树脂漆25-40%、润湿分散剂1-2.5%、消泡剂0.2-1%、防沉降剂1.5-4.5%、成膜助剂0.5-1%以及余量的溶剂。

本发明选择有机硅改性聚氨酯漆为主要成膜物质，经有机改性剂进行表面改性的二氧化钛纳米粉体作为无机填料，制备的涂料在满足航空应用的同时，能够形成具有良好疏水性能的表面。利用上述涂料形成的涂层中，经有机改性剂进行表面改性的二氧化钛纳米粉体被有机硅改性聚氨酯树脂漆包覆形成微米级粗糙结构，同其本身的纳米结构共同形成微纳米复合结构，而具有这种结构的表面通常为疏水或超疏水的表面。本发明人的研究显示，当经有机改性剂进行表面改性的二氧化钛纳米粉体含量选择上述范围时，其在涂层中纵横交叉分布，表面被树脂薄薄地包裹了一层，彼此之间有树脂的粘结，并存在未被树脂填满的空隙，能够形成多孔的微纳米复合结构；另外部分二氧化钛可以从表层树脂中脱出，其表面具有极低的表面能，降低了所形成涂层对水的亲和力，提高了疏水性。为了利于获得更好的物理机械性能和疏水效果，在上述涂料中，经有机改性剂进行表面改性的二氧化钛纳米粉体可以为15-23%。