[发明专利]一种超疏水复合涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种超疏水复合涂料，包括：纳米纤维素晶须以及复合在所述纳米纤维素晶须上的经疏水改性的二氧化硅。并提供该超疏水复合涂料的制备方法及其应用。通过使二氧化硅颗粒复合在纳米纤维素晶须上的结构，赋予超疏水涂料持久的耐磨性，该涂料制备工艺简单，并且能够方便的用于制备超疏水涂层。

技术领域

本发明涉及复合涂料领域，具体涉及一种超疏水复合涂料及其制备方法和应用。

背景技术

一般认为，水接触角大于150°的表面称为超疏水表面。超疏水表面在自清洁、抗冰、防雾等方面有重要应用。合理的表面粗糙度和低表面自由能是制备超疏水表面的两个基本条件。随着科技发展，制备超疏水表面的技术方法大量涌现，如溶胶凝胶法、层层组装法、喷涂法、化学气相沉淀法等。尽管已通过许多方法制备出超疏水表面，但目前超疏水表面面临的最大问题是其耐磨性能差，以至使用寿命减短或者使用场合受限。因此，制备出高耐磨性的超疏水涂层是一个迫切的需要。

传统的提高超疏水表面耐磨性的方法是在涂料中掺杂各种颗粒，增加涂料的耐磨性，但是这些方法仍存在成本高，工艺复杂等缺陷，并且，掺杂的颗粒有时会因附着力不够而在使用过程中脱落，从而影响耐磨效果。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超疏水复合涂料及其制备方法和应用，通过使二氧化硅颗粒复合在纳米纤维素晶须上的结构，赋予超疏水涂料持久的耐磨性，该涂料制备工艺简单，并且能够方便的用于制备超疏水涂层。

本发明一方面提供一种超疏水复合涂料，包括：纳米纤维素晶须和复合在所述纳米纤维素晶须上的经疏水改性的二氧化硅。

本申请的发明人经研究发现，通过使二氧化硅复合在纳米纤维素晶须上，能够提高二氧化硅颗粒在涂层中的附着力，减少或避免其在使用中脱落的情况。另一方面，纳米纤维素晶须本身为棒状结构，具有相对于纳米纤维素纤维(Cellulose Nanofibers,CNF)更高的结晶度和强度，也有利于提高超疏水复合材料的耐磨性。其结果是，复合有二氧化硅颗粒的纳米纤维素晶须无规律的相互堆积，为形成合适的粗糙度创造了条件。此外，二氧化硅颗粒表面的羟基活性高，易于被疏水改性剂改性，从而实现较低的表面自由能。因此，将经疏水改性的二氧化硅颗粒复合在所述纳米纤维素晶须上，就获得了兼具优异的耐磨性和疏水性的超疏水复合涂料。

在本发明的一个优选的实施方式中，纳米纤维素晶须的直径为3nm-20nm,长度为100nm-500nm。

根据本发明，通过选择具有上述特定的直径和长度的纳米纤维素晶须有利于进一步提高超疏水复合涂料的耐磨性和稳定性。

本发明另一方面提供一种上述超疏水复合涂料的制备方法，包括：

1)用乙醇对纳米纤维素晶须的水悬浮液进行透析处理，并调制成具有一定浓度的纳米纤维素晶须的乙醇悬浮液；

2)将所述纳米纤维素晶须的乙醇悬浮液和氨水、正硅酸乙酯混合，制得纳米纤维素晶须-二氧化硅复合物的悬浮液；

3)将所述纳米纤维素晶须-二氧化硅复合物与疏水改性剂混合，制得所述超疏水复合涂料。

本申请的发明人经研究发现，通过对纳米纤维素晶须的水悬浮液进行透析处理，在透析处理完成后充分搅拌，将纳米纤维素晶须打散，能够得到纳米纤维素晶须在乙醇中良好分散的悬浮液，使其与氨水、正硅酸乙酯混合，生成的二氧化硅颗粒均匀地复合在棒状的纳米纤维素晶须上，再加入疏水改性剂，对复合在纳米纤维素晶须上的二氧化硅颗粒进行疏水改性，能够制得兼具优异的疏水性和耐磨性的超疏水复合涂料。

在本发明的另一个优选的实施方式中，步骤1)中，所述透析处理包括将所述纳米纤维素晶须的水悬浮液置于透析袋中，用无水乙醇进行透析处理。优选地，可进行多次透析处理，如3次以上，更优选为5-6次；每次透析处理的时间为12h以上，优选为24h-48h。