[发明专利]一种水性透明超双疏纳米涂料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种简便的水性透明超双疏纳米涂料及其涂层制备技术。

背景技术

水性透明纳米涂料是一种新型的节能环保材料，不仅能保持基材较高的可见光透过率，而且以水为分散剂，降低或避免了有毒易挥发溶剂的使用，极大改善了施工作业条件。因其具有独特的物理化学性能和卓越的使用性能，成为当前科研领域和商业领域的新宠。

具有独特润湿性的水性透明超双疏纳米涂层，在自清洁、防水防油、抗雾抗冰、防污防腐、减阻耐磨等领域有着巨大的潜在应用价值，受到了科研工作者的广泛关注。制备超双疏纳米涂料的方法有很多，溶胶凝胶法、相分离法、电化学法、层层组装法、纳米粒子填充法等。吴旭等通过自由基聚合合成了硅/氟功能化聚丙烯酸酯，采用电泳沉积技术将其沉积在马口铁皮上，制得了疏水疏油耐腐蚀粘附力强的透明涂层。Doris Vollmer等将多孔蜡烛烟灰和二氧化硅复合成核壳结构的纳米颗粒，经高温煅烧、硅烷化处理后获得了透明的超双疏纳米涂层，该涂层防水防油耐磨性好。

目前，很多制备水性超双疏涂层的方法工艺都很复杂，要求设备精细，实验条件苛刻，成本高昂，因此，探索简便易行，省时省力，性能卓越的制备技术，仍是科研领域的难点和热点。

发明内容

本发明提供一种水性透明超双疏纳米涂料及其涂层制备方法，采用简单的合成工艺制备出水性的纳米涂料，通过设备轻便的喷涂技术，在多种基材表面获得超双疏的透明涂层。

本发明采用如下技术方案：一种水性透明超双疏纳米涂料，亲水性二氧化硅纳米颗粒乙醇溶液与正硅酸乙酯或四氯化硅反应，再加入硅烷偶联剂偶联后和氟硅烷反应得到油性纳米涂料，所述的亲水性二氧化硅纳米颗粒乙醇溶液与正硅酸乙酯或四氯化硅的体积比是20～40:1，所述硅烷偶联剂是KH570，所述的硅烷偶联剂和正硅酸乙酯或四氯化硅的摩尔比是2～4:1，所述的氟硅烷与正硅酸乙酯或是四氯化硅的摩尔比是2～4:1；按体积比(1～2.5):1的比例将油性纳米涂料和氟碳树脂混合均匀得到有机-无机杂化涂料，旋蒸浓缩至20～40mg/mL得到高固含量油性纳米涂料浓缩液；加水超声分散稀释至设定浓度得到水性透明超双疏纳米涂料。

所述的亲水性二氧化硅纳米颗粒是气相团聚物、单分散微球或串珠状纳米链，浓度为1～10mg/mL。

含水量>50％v/v时，加入表面活性剂，表面活性剂的添加量占水性透明超双疏纳米涂料体积的1～90％。

所述表面活性剂是十二烷基硫酸钠、Span 80、Tween 20、Triton X-100或Surfynol 61中的任一种。

制备所述的水性透明超双疏纳米涂料的方法，步骤为：

(1)油性纳米涂料制备：20～30℃下，将亲水性二氧化硅纳米颗粒加入到EtOH中，超声波分散后，在磁力搅拌条件下，加入正硅酸乙酯或四氯化硅，随后，滴加用盐酸酸化或氨水碱化的乙醇与去离子水的混合液，滴入硅烷偶联剂，继续磁力搅拌偶联反应充分后，缓慢滴加氟硅烷，继续磁力搅拌反应充分后，即获得油性纳米涂料；

(2)有机-无机杂化涂料制备：首先，在油性纳米涂料中加入氟碳树脂溶液，获得油性有机-无机杂化涂料，随后将油性纳米涂料放入旋蒸仪旋蒸获得浓度20～40mg/mL的高固含量油性纳米涂料浓缩液；

(3)水性纳米涂料的制备：超声波分散，并机械搅拌条件下，将去离子水或去离子水和表面活性剂加入高固含量纳米涂料浓缩液分散均匀得到水性透明超双疏纳米涂料。

步骤(1)中相对于正硅酸乙酯，各物质物质体积配比为正硅酸乙酯:H₂O:EtOH:HCl/NH₄OH＝1:2～4:2～4:0.05～10，滴加速度0.1～0.5mL/s，反应24～48h。

步骤(2)中所述氟碳树脂溶液是将树脂及其固化剂超声分散于乙醇中，30～60min后获得的均匀溶液，

基于所述的水性透明超双疏纳米涂料的应用，包括下列步骤：

(1)喷涂法：选用喷嘴直径0.5～2mm的喷枪喷涂，以压缩空气为气源，首先调整喷斑为扇形，喷嘴距基材待喷涂表面10～20cm，从左至右以2～5cm/s的速度从上到下依次喷涂，喷涂压力为30～80psi，随后从上至下以2～5cm/s的速度从左到右依次喷涂，喷涂压力不变，如此重复两次至五次，水性透明超双疏纳米涂料中含水量大于60％(v/v)时，则先用热台将基材加热至60～80℃，再进行喷涂；