一种超疏水纳米涂层及其制备方法与流程

一种超疏水纳米涂层及其制备方法与流程

超疏水材料因其在防污、防水、自清洁等领域的广泛应用前景，成为材料科学研究的热点。本文介绍了一种新型超疏水纳米涂层及其制备方法，通过优化表面粗糙度和化学特性，实现了接触角高达159.2°、滚动角低至0.6°的卓越性能。

本发明涉及涂层，尤其涉及一种超疏水纳米涂层及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，超疏水材料因其在防污、防水、自清洁等领域的广泛应用前景，成为材料科学研究的热点。天然界中的超疏水现象，比如荷叶效应，启发了科学家们关于表面粗糙度和化学组成的研究。人工超疏水涂层通过调整表面粗糙度和化学特性，实现了接触角超过150°的卓越性能，能够有效抵御水性液体的附着。

2、超疏水涂层的制备通常需要结合化学改性和微结构设计。当前技术中，常见的制备方法包括溶胶-凝胶法、电化学沉积法和喷涂技术。通过细化纳米颗粒的结构设计和化学官能团的引入，可以构建出具备微米和纳米双重粗糙度的表面结构，从而增强超疏水性能。

3、尽管实现高接触角相对容易，但要获得低滚动角却是一个更具挑战性的任务。滚动角与涂层表面的粗糙度均匀度密切相关。高接触角通常可以通过简单的化学改性实现，但低滚动角要求涂层表面具有高度均匀的粗糙结构，以确保液滴能够在表面上自由滚动而不滞留。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种超疏水纳米涂层及其制备方法，以提供一种具有均匀粗糙度的超疏水纳米涂层，使得具有极低的滚动角，极低的滚动角，有助于液滴在涂层表面快速滚动和脱落，从而有效防止液体在表面滞留，这一特性对于保持表面的清洁和干燥至关重要，尤其在需要防水、防污的应用场景中，如建筑外墙、汽车挡风玻璃和电子设备外壳等。

2、基于上述目的，本发明提供了一种超疏水纳米涂层，由涂层液喷涂在基底表面后，经热固化得到；

3、进一步的，所述涂层液按重量份数计包括如下组分：氟化固体微球8-12份、环氧树脂3-4份、固化剂0.5-1份、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚0.2-0.5份和丙酮20-30份；

4、进一步的，所述氟化固体微球的制备步骤如下：

5、(1)采用3-氨丙基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅，得到氨基化纳米二氧化硅；

6、(2)将甲基丙烯酸缩水甘油酯、偶氮二异丁腈、氨基化纳米二氧化硅加入4-乙烯苯胺中，于30-40℃下搅拌20-40min，再加入乳化剂，搅拌20-40min，再升温到50-60℃，加入聚乙烯醇水溶液，搅拌30-50min，升温到80-90℃，搅拌5-7h，冷却到室温，过滤，洗涤，真空干燥，得到固体微球；

7、(3)将固体微球加入1,2-二氯乙烷中，搅拌20-40min，再加入缩水甘油醚十六氟壬基醚，于45-55℃下搅拌20-40min，过滤，洗涤，真空干燥，得到氟化固体微球。

8、优选的，所述喷涂中喷嘴距离基底20-30cm，喷涂压力4-5kpa。

9、优选的，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。

10、优选的，所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或两者的混合物。

11、优选的，所述步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅的重量比为0.05-0.2:2。

12、优选的，所述步骤(1)中纳米二氧化硅的平均粒径为20-100nm。

13、优选的，所述步骤(2)中聚乙烯醇水溶液的浓度为2wt％-4wt％。

14、优选的，所述步骤(2)中乳化剂为司盘-80和吐温-80按重量比1:9的混合物。

15、优选的，所述步骤(2)中甲基丙烯酸缩水甘油酯、偶氮二异丁腈、氨基化纳米二氧化硅、4-乙烯苯胺、乳化剂和聚乙烯醇水溶液的重量比为3:0.1:2:10:1:40。

16、优选的，所述步骤(3)中固体微球、1,2-二氯乙烷和缩水甘油醚十六氟壬基醚的重量比为10:80-120:0.1-1。

17、进一步的，本发明提供了一种超疏水纳米涂层的制备方法，具体步骤如下：将氟化固体微球、双酚a型环氧树脂、三乙烯四胺、丙三醇三缩水甘油醚加入丙酮中，得到涂层液，再使用喷枪将涂层液喷涂到不锈钢基底表面，先于55-65℃下固化15-30min，再于75-85℃下固化1.5-2.5h，得到超疏水纳米涂层。

18、本发明的有益效果：

19、本发明的超疏水纳米涂层通过多种化学改性与结构优化，实现了显著的疏水性表现，具体表现为高达159.2°的接触角和仅0.6°的滚动角。这些性能来源于涂层表面的高度粗糙结构，该结构形成气垫效应，可有效捕获空气，增强涂层的超疏水性。

20、本发明采用的4-乙烯苯胺提供了多重反应位点：通过与甲基丙烯酸缩水甘油酯交联，增强了固体微球的均匀性；作为缩水甘油醚十六氟壬基醚的接枝位点，引入低表面能的氟链；与涂料基体中的环氧树脂交联，使固体微球在涂层面均匀分布。这些化学反应和物理改性协同作用，大大提升了涂层的超疏水性能。

21、本发明引入的氨基化的二氧化硅有效地在固体微球表面均匀分散，形成纳米级结构，与微米级的固体微球互补，构建起微纳级粗糙表面，进一步提升涂层的超疏水效果。并且固体微球氟化使得表面能进一步降低，形成更佳的低润湿性表面。

技术特征：

1.一种超疏水纳米涂层，其特征在于，由涂层液喷涂在基底表面后，经热固化得到；

2.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述喷涂中喷嘴距离基底20-30cm，喷涂压力4-5kpa。

3.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或两者的混合物。

5.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述步骤(1)中3-氨丙基三乙氧基硅烷和纳米二氧化硅的重量比为0.05-0.2:2。

6.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述步骤(1)中纳米二氧化硅的平均粒径为20-100nm。

7.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述步骤(2)中聚乙烯醇水溶液的浓度为2wt％-4wt％。

8.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述步骤(2)中乳化剂为司盘-80和吐温-80按重量比1:9的混合物。

9.根据权利要求1所述的超疏水纳米涂层，其特征在于，所述步骤(3)中固体微球、1,2-二氯乙烷和缩水甘油醚十六氟壬基醚的重量比为10:80-120:0.1-1。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的超疏水纳米涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将氟化固体微球、双酚a型环氧树脂、三乙烯四胺、丙三醇三缩水甘油醚加入丙酮中，得到涂层液，再使用喷枪将涂层液喷涂到不锈钢基底表面，先于55-65℃下固化15-30min，再于75-85℃下固化1.5-2.5h，得到超疏水纳米涂层。

技术研发人员：杨燕昭,王月明,高晓辉,李洁,杨旸

受保护的技术使用者：哈工大泰州创新科技研究院有限公司

技术研发日：

技术公布日：2025/2/20