[发明专利]一种高耐用环保型超疏水复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐用环保型超疏水复合涂层及其制备方法，属于复合涂料制备和应用技术领域。该复合涂层原料按质量百分比，包括以下组分：烷基化二氧化钛混合纳米粒子：3.5～6.0％、烷基化松香：1.5～2.5％、烷基化多壁碳纳米管：0.5～1.5％、甲基丙烯酰氧基硅烷低聚物：0.2～0.6％、分散剂：0.03～0.2％、醇类溶剂：65～72％、去离子水：18～25％和酸性催化剂：0.02％～0.8％。通过多步烷基化法制备得到高耐用环保型超疏水复合涂层，生产工艺简单、原料易得、成本低廉、可大面积制备等优点，且制备的超疏水涂层具有优异超疏水性和高耐用性。

技术领域

本发明涉及一种高耐用环保型超疏水复合涂层及其制备方法，属于复合涂料制备和应用技术领域。

背景技术

液体或固体污垢附着在表面上通常会对日常生活和工业产生负面影响，传统的防污系统的设计主要是通过物理和化学方法来防止污垢附着物的堆积。超疏水涂层因其对液滴的附着力极低，具有较高接触角(150°)和较小的滚动角(10°)，从而在各种基材上大面积应用而被广泛推广，因此它被认为是一种高效且实用的新型防污功能材料。然而，大多数人造超疏水涂层不耐用，在实际应用中这种材料的实际寿命明显短于实验预期，这是因为涂层的超疏水性主要依赖于表面的化学成分和微米或纳米级粗糙结构，当涂层遭受外界机械作用力(如擦拭、磨损或撞击)后，其结构坍塌和化学物质被磨掉，导致其超疏水性能立刻部分或全部丧失，而且不能恢复，从而降低使用寿命。

为了提高超疏水涂层的耐用性能，一种常见的方法是制备自愈涂层，例如专利CN112778905A是将多巴胺盐酸盐、异佛尔酮二异氰酸酯和端氨基聚二甲基硅氧烷三者进行共聚反应得到配体化合物，之后再与有机溶剂、二氧化硅纳米颗粒等混合制备到自修复的超疏水涂层，然而，这种涂层所使用的修复剂价格昂贵并且容易耗尽，难以长效保持自我修复功能。另一种有效的方法是构建有机-无机涂层、全无机涂层或全有机涂层，例如，Peng等利用聚四氟乙烯、氟化环氧树脂、全氟聚醚间的协同增强作用，制备了全有机超疏水复合涂层，(Nat.Mater.,2018,17,355)；专利CN106633158A提出由二甲基甲酰胺、十三氟辛基三甲氧基硅烷、纳米二氧化钛、微米二氧化钛、钛酸酯偶联剂混合加热搅拌制得有机-无机涂层超疏水涂料；专利CN103224719A则是提出不同粒径的氟化的纳米二氧化硅或二氧化钛组成氟硅全无机物超疏水涂层，但是均需要通过复杂的化学反应与基材形成良好的附着力或共价键来提高其使用稳定性，并且此类涂层大多通过低表面的氟碳官能团改性所制成，长链碳氟化合物被归类为“新兴污染物”，此类物质虽然提升了超疏水涂层的耐用性，但在应用中由于它们可能分解的全氟辛酸被认为具有持久性、生物蓄积性和对人体有潜在毒性，除了这些危害之外，碳氟化合物的高成本限制商业超疏水涂料的实际应用。

随着人们对环境保护意识的提高以及越来越严格的法规，使用无氟改性剂制备超疏水性涂料变得越来越有吸引力。例如，专利CN111501415A提出由钛酸酯、松香改性醇酸树脂、羟丙基淀粉反应形成的超疏涂层；专利CN111320918A通过环氧树脂、固化剂、二氧化钛混合搅拌制得涂层溶液，在基体表面形成耐磨超疏水涂层；专利CN107880770提出由异氰酸十八酯改性二氧化钛粉体和硅树脂混合制的超疏水涂层，等等。以上涂层虽然能够满足环保性能的要求，但是耐用性能欠佳，难以兼顾耐用性和环保性能。所以，提出一种具有高耐用性且环保的超疏水复合涂层是亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种高耐用环保型超疏水复合涂层的制备方法。该制备方法简单易行成本低廉，能大规模应用于各种基底表面；制得的涂层具有高耐用性和环保性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种高耐用环保型超疏水复合涂层，所述涂层原料按质量百分比，包括以下组分：

烷基化二氧化钛混合纳米粒子：3.5～6.0％；

烷基化松香：1.5～2.5％；