[发明专利]一种超疏水复合涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体的说是一种超疏水复合涂料及其制备方法。

背景技术

近年来，仿生生物学已经引起越来越多的人关注，人们回归自然，在自然界中寻找新的科研突破点。植物叶子表面的超疏水性和自清洁效果引起了人们的很大兴趣。 Barthlott和Neinhuis通过观察植物叶表面的微观结构，认为这种自清洁的特征是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的。中科院研究员江雷在这一研究的基础上还发现“在荷叶表面微米结构的乳突上存在纳米结构，这种纳米结构与微米结构的乳突相结合的双微观结构是引起表面防污自洁的根本原因。荷叶和水稻叶的这种超疏水特性的原理，为人们构建人工超疏水表面和设计界面的润湿性提供了指导。

人们将这荷叶上这种不沾水，且水滴可以自己滚落的现象称为超疏水现象，将具有这种性质的表面称为超疏水表面，其中超疏水表面的接触角通常在150°以上、滚动角小于10°。目前许多超疏水表面的制备方法已有报道，Rao等用溶胶凝胶的方法，以甲基硅烷为前驱体，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°；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；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°；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°；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)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。

固体表面超疏水的特性由物质的疏水性和粗糙度共同决定，低的表面自由能和适宜的粗糙度是两个不可或缺的因素。目前，通常采用在固体材料表面涂覆超疏水涂料形成超疏水涂层的方式改善材料表面的疏水性；超疏水涂料形成超疏水涂层一般具有低表面能的疏水性表面、合适的表面粗糙度和低滑动角。目前关于超疏水涂层的报道很多，但是超疏水表面的实际应用还未能普及，许多问题亟待解决。其中最主要的一个问题就是机械性能差(如硬度、附着力、耐磨性等)。大部分的超疏水表面在很小外力的破坏下就容易失去超疏水性能，有的甚至轻轻用手或者刷子就能擦掉。到目前为止，国内外关于具有良好机械性能的超疏水涂层或者涂料的报道很少，而且其硬度都不会超过3H，耐磨性也仅仅只能在砂纸上面磨几厘米或几十厘米。最近，Lu Yao等人在《Science》2015， 347:1132-1135上报道他们用胶黏剂将超疏水材料粘在不同的基材，得到了超耐磨的超疏水表面：涂在载玻片上，在100g砝码压力下，在240目的砂纸上面磨，每次磨10厘米，磨40次后仍然具有超疏水特性。但是这种双层体系的超疏水在实际施工应用中会带来不便。因此开发具有高硬度、耐磨性好的超疏水涂层十分必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水复合涂料及其制备方法，将所述的超疏水涂料涂覆在基底上制备的超疏水涂层具有耐水浸泡、耐手接触摩擦性能好，且机械强度高的优点。

为解决上述问题，本发明提供一种超疏水复合涂料，所述超疏水复合涂料由原料制成，所述原料包括以下重量份的物质：聚合物乳液80～150重量份、无机盐5～25重量份、还原剂5～25重量份、有机硅酸酯10～25重量份、交联剂3～8重量份、表面活性剂1～5 重量份、玻璃微珠3～6重量份、疏水剂1～12重量份、硅烷偶联剂3～10重量份、溶剂 5～100重量份；

其中，所述无机盐的阳离子基团选自Fe²⁺、Fe³⁺、Ag⁺、Co²⁺、Ni²⁺中的至少一种；

所述无机盐的阴离子基团选自NO₃^-、SO₄^2-、Cl-、ClO₄^-、ClO₃^-、MnO4^-中的至少一种。