[发明专利]一种聚丙烯酸酯类分散剂及超疏水涂层的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯酸酯类分散剂及超疏水涂层的制备及其应用，将侧基含烃基和多胺基功能基团的聚丙烯酸酯类聚合物型分散剂溶解在溶剂中，依次向其中加入疏水粒子、成膜物质，制备超疏水复合分散液，然后以喷涂、刮涂等工艺将其涂覆在不同基材表面，干燥后即得透明超疏水纳米复合涂层。由该超疏水涂料所得超疏水复合涂层材料所得超疏水涂层形貌均一，透明性好，涂层表面水接触角好，涂层表面滚动角不大于6°；涂层具有良好的超疏水自清洁性能，涂层耐化学介质性能显著提高；并且基材通用性强，适用于大面积施工，可实现大批量生产。

技术领域

本发明涉及高分子化学与物理、表面科学及工业涂料技术领域，特别涉及一种聚丙烯酸酯类分散剂的合成及在超疏水涂料中的应用。

背景技术

超疏水表面因具有独特的自清洁、拒水、抗污功能而在航天航海、军民制造及生物医疗等各领域广泛应用。目前，常见的制备超疏水纳米复合涂层的方法有刻蚀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷涂法等，但是大部分的制备方法操作过程繁复、成本高、不易于大面积制备，所得涂层透光性、耐久性较差，致使超疏水涂层难以实现工业化。

喷涂法“粘结剂+疏水纳米粒子”法集成了喷涂工艺和粘结剂的优点，不仅能增强涂层与基材之间的结合力，而且可赋予涂层表面合适的粗糙结构和低表面能，被认为是大面积制备耐久性超疏水涂层最简单有效的方法之一。然而，喷涂法需要使用大量的疏水纳米粒子(≥20wt.％)，这些纳米粒子通常比表面积大、与粘结剂的相互作用弱，致使涂层的机械耐久性下降。因此，纳米粒子在分散液及涂层中分散性好坏已经成为制约超疏水纳米复合涂层工业化应用的关键。

聚合物分散剂是通过向聚合物中引入极性官能团与纳米粒子表面形成静电吸附作用，同时借助聚合物长链的空间位阻效应提高纳米粒子分散稳定性。相较于传统小分子分散剂活性位点少、空间位阻效应差和易解吸等缺陷，聚合物分散剂由于自身具有长链结构，能够提供较多锚固位点和所需空间位阻，大幅度改善粒子分散性及稳定性。

聚合物分散剂概念最早由Schofield J.D.提出，之后国外聚合物分散剂相关产品投入陆续使用。国内关于聚合物分散剂的研究相对较晚，最早是华东理工大学王正东教授在90年代初联合企业自主研发了一系列聚合物型分散剂并投入生产使用。目前，聚合物分散剂技术主要掌握在ICI、Dupont、BYK、EFKA等几家国际知名公司，市场上分散剂种类较多，但应用于制备超疏水纳米复合涂料的分散剂较少，因此难以获得透明性与耐久性兼具的超疏水涂层。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种溶剂型聚合物分散剂及其制备方法，通过汉森溶解度参数，设计并制备出以聚酯作为溶剂化链，仲胺基为锚定基团的聚丙烯酸酯类分散剂，该聚合物分散剂制备方法多样，制备条件简单，各官能团比例可灵活调控。

本发明的另一目的在于提供一种透明超疏水涂层的制备方法，所得超疏水涂层透明度高，以丙烯酸酯作为溶剂化链可以有效提高涂层表面耐化学介质性能；该方法基于聚合物分散剂与疏水粒子间的多重相互作用，一步喷涂，工艺简单，成本低，基材通用型强，适于大规模工业化生产。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明的一种聚合物分散剂，该聚合物具有如下所示的结构式(Ⅰ)：

其中，R₁、R₂为H或CH₃；S为1～5个碳原子构成的烷烃链；T为3～8个碳原子构成的烷烃链；

U为2～5个含碳原子链连接的胺基，其中与仲胺基团相连的一个取代基为1-20碳原子构成的烷烃链、烯烃链或芳香烃；V为4～8个碳原子构成的烷烃链；

x，y，z，m为各单体单元摩尔百分数。