[发明专利]一种粉煤灰基超疏水涂层及其制备方法

说明书

一种粉煤灰基超疏水涂层及其制备方法，属于自清洁、防水涂层技术领域。包括以下步骤：首先对粉煤灰进行表面粗糙化改性处理，然后将改性粉煤灰加入到挥发性有机试剂和热固性胶黏剂的混合液中分散均匀制得涂膜液，最后将涂膜液涂覆于固体基材表面，经烘箱干燥制得超疏水涂层。本发明以粉煤灰为主要原料，通过改性粗糙化处理及粘结成膜技术，高效可控地制备超疏水涂层，不仅实现对固体废弃物粉煤灰的高附加值利用，提供一种粉煤灰综合利用途径，同时所制备超疏水涂层具有强斥水性、自清洁、耐磨和减阻等特点，适用于装配式建筑、墙体、不锈钢板、泡沫、纸板、玻璃等各种场所的疏水改性。

技术领域

本发明属于自清洁、防水涂层技术领域，具体涉及一种粉煤灰基超疏水涂层及其制备方法。

背景技术

仿生超疏水材料作为新型功能材料，在表面自清洁、生物防污、防水抗结冰、油水分离、流体减阻等领域展现出巨大的应用潜力。固体表面接触角大于150°且滚动角小于10°时被定义为超疏水表面。超疏水表面由低表面能化学成分和微纳粗糙结构共同决定。通过Wenzel和Cassie模型可知，微纳米尺度的粗糙度可有效提高材料表面的疏水性。固体材料表面自由能越小，液体在材料表面越不容易停留。目前，通过物理或化学方法对固体表面粗糙化并修饰低表面能物质，或者在低表面能物质表面进行刻蚀粗糙化是制备超疏水表面的两种主要方式。

粉煤灰是煤炭燃烧后产生的固体废弃物飞灰，目前我国粉煤灰总堆存量超过10亿吨，大量粉煤灰的堆积不仅占用大量土地资源，同时产生的扬尘还对环境造成严重污染。我国粉煤灰主要应用于建材、高掺量混凝土、筑路材料等领域，虽然粉煤灰综合利用取得明显成效，但附加值较低，粉煤灰使用领域需进一步扩展。

为了扩展粉煤灰使用范围和降低超疏水涂层制备成本，本发明提出一种粉煤灰基超疏水涂层及其制备方法，将粉煤灰颗粒与少量胶黏剂及挥发性溶剂混合后通过涂覆方法得到超疏水涂层，不仅避免使用含氟偶联剂，同时具有制备工艺简单、成本低、环境友好等优点。

发明内容

解决的技术问题：针对现有超疏水涂层制备流程复杂、成本高昂、环境不友好等缺点，本发明提供一种粉煤灰基超疏水涂层及其制备方法，以工业废弃物粉煤灰为原料制备超疏水涂层，操作流程简单，制作成本低，制备的涂层具有超疏水和自清洁等特性。

技术方案：一种粉煤灰基超疏水涂层的制备方法，步骤如下：

步骤一. 制备表面粗糙化的改性粉煤灰，将粉煤灰放入碱性溶液或酸性溶液中进行碱改性或酸改性，60-100℃搅拌2-6 h，经碱/酸浸反应后冷却1h，加入去离子水将改性粉煤灰悬浮液pH调至中性，再通过真空抽滤获得粉煤灰固体粉末，最后经烘箱105℃干燥至恒重，即获得表面粗糙化的改性粉煤灰；

步骤二. 制备涂膜液，将挥发性有机试剂以及热固性胶黏剂混合，搅拌均匀制得预混合液；将步骤一中获得的改性粉煤灰加入上述预混合液中，搅拌均匀制得涂膜液；

步骤三. 制备粉煤灰基超疏水涂层，将步骤二中获得的涂膜液涂覆于固体基材表面，烘箱80℃干燥或自然干燥即可。

作为优选，所述步骤一中粉煤灰为燃煤电厂粉煤灰、超细粉煤灰和煤气化粉煤灰中的至少一种。

作为优选，所述步骤一中碱性溶液为摩尔浓度为1-4 mol/L的氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化钾溶液中的至少一种，所述酸性溶液为摩尔浓度为1-4 mol/L的盐酸、硫酸和硝酸溶液中的至少一种。

作为优选，所述步骤二中挥发性有机试剂为正己烷和叔丁醇中的至少一种。