[发明专利]一种水性丙烯酸酯聚合物/纳米粒子杂化物及基于其的疏水涂层和制备方法

说明书

本发明公开了一种水性丙烯酸酯聚合物/纳米粒子杂化物及基于其的疏水涂层和制备方法，属于超疏水涂层制备技术领域。本发明通过利用功能纳米粒子上的化学键与丙烯酸酯类单体之间的共聚反应性，以及含羧基丙烯酸酯类聚合物的离子化特征，以水溶性的丙烯酸酯类聚合物为纽带，“牵引”疏水的功能纳米粒子，使其和水性介质良好的共存于一体，形成良好的水分散体。这种水分散体再和封闭型异氰酸酯类固化剂反应，经干燥、固化后构筑成兼具优异附着力、良好耐磨性的超疏水涂层，本发明的制备方法简单易行、所用原料均方便易得，工艺条件易于工业放大生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于超疏水涂层制备技术领域，具体涉及一种水性丙烯酸酯聚合物/纳米粒子杂化物及基于其的疏水涂层和制备方法。

背景技术

具有荷叶效应的超疏水涂层可以使水滴呈现很高的静态接触角(150°)和极低的滚动角(10°)，极易从表面滑落，从而带走表面的灰尘和污垢，赋予涂层自清洁的功能。超疏水涂层也因其独特的去润湿性和自清洁性能在防污、防覆冰和油水分离等多个领域有广阔的应用前景。虽然截至目前文献中报道了众多制备超疏水表面的方法，但大多数制备超疏水表面的方法都存在着耐磨性差、基材种类受限，附着力低，难以长久保持疏水性等问题，严重限制了其实际应用。

将疏水的功能纳米粒子与成膜性良好的高分子材料复合制备成涂料，能够针对多种基材，大面积方便地构建牢固耐久的超疏水涂层。环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和聚偏氟乙烯等被用于和疏水的纳米填料复合构建树脂基的超疏水涂层。对于树脂基超疏水涂层，作为成膜物质的高分子往往都需要被溶解在一定的有机溶剂，例如苯系物(甲苯、二甲苯)、烷烃(环己烷、正辛烷)、四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮和乙酸丁酯等具有较大毒性和强烈刺激性气味的试剂中；同时，为了确保树脂涂料的加工性能，通常的疏水填料粒子也必须在弱极性的有机溶剂中才能较好地分散，对于成膜过程而言，挥发性的有机溶剂也有助于诱导涂层相分离过程中形成微/纳米复合的粗糙结构。由此以来，现阶段大部分的树脂基超疏水涂层(90％)都是基于溶剂型涂料体系制得的。有机溶剂的大量使用不可避免会对人类健康和环境安全造成极大的威胁。

鉴于超疏水涂层独特的性能和广阔的应用前景，实现其环境友好性发展将具有重要的科学意义和社会价值。水性涂料可以大幅减少施工和涂层干燥过程中有机挥发物的释放，是获得环境友好型涂料的一种重要途径。然而，要用水性涂料制备出超疏水涂层，首先面临的困难即需要将疏水的纳米填料分散在水性介质中，调和这样一个看似矛盾的体系。正因为存在明显的困难，目前文献中采用水性涂料制备超疏水涂层的方法仅有数篇报道，(Schutzius T M et al.ACS Appl.Mater.Inter.2013,5(24):13419-13425；Swerin A etal.Colloids Surfaces A.2016,495:79-86；专利CN106811114A)，对于具有优异附着力和耐磨性的水性涂料基超疏水涂层更是涉及较少。