一种疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层及其制备方法与流程

本发明属于不粘涂层，具体涉及一种疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层及其制备方法。

背景技术：

1、在工业品领域，碳排放主要受资源消耗速度影响，延长产品的使用寿命，对降低碳排放意义深远。以不沾涂层类烘焙器具为例，广泛使用特氟龙涂层，且涂层总是先于基体失效，故涂层寿命受到广泛关注。

2、杨氏方程和wenzel模型为构造超疏表面指明了方向，目前制备水油双疏表面的方法大致分为两种：一是在材料表面构建粗糙的微米和/或纳米结构，构建方法包括化学刻蚀法、模板法、复合涂层法、电化学沉积法等；二是在粗糙结构表面利用低表面能物质进行修饰，这类物质包括氟化烷基硅烷、氟聚合物、长链硅烷、羧酸和硫醇等；也可以将两者结合构造双疏表面。

3、目前使用的含氟涂层一般具有一定的疏水性和耐磨性，但少见油、水双疏且耐磨的报道，并且现有超疏水材料还存在一系列应用问题，如制备条件苛刻、设备昂贵和工艺过程复杂、疏水颗粒在水性涂料中存在分散性差等问题等，制约了该类技术的推广应用，也就实现不了工业品的寿命提升和降低碳排放。

4、基于此，本案解决的问题是：开发出一种适应烘焙器具规模化生产场景的疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层及其制备方法。本发明涂层以水包油微结构乳液和气相二氧化硅制得的膏状物质作为含氟漆料改性原料，与含氟漆料混合后，采用机械搅拌方式即可实现疏水颗粒在漆料中的均匀分散，最终经过喷涂、固化成形，制备的涂层性能满足了涂层疏水角度不低于120°、疏油角度不低于110°、耐磨次数≥6500。

2、为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层，涂层中包括改性膏料和含氟漆料，所述改性膏料和含氟漆料的质量比为2：5～8；

4、所述改性膏料包括气相二氧化硅和水包油乳液，所述气相二氧化硅和水包油乳液质量比为0.8～19：200，所述水包油乳液包括以下重量份数的组分：含氢硅油3.8～5.6wt％、非离子型表面活性剂0.38～0.45wt％，余量为去离子水。

5、进一步地，所述含氟漆料中包括聚四氟乙烯、2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙烯氧基乙醇、2，6-二甲基-4-庚酮、5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮和水。

6、进一步地，所述气相二氧化硅粒径为10～100nm；所述非离子型表面活性剂的hlb值为15.0～15.6，所述去离子水的电导率≤0.1μs/cm。

7、第二方面，本发明实施例提供了第一方面所述的疏水、疏油、耐磨的含氟功能涂层的制备方法，包括以下步骤：

8、步骤s1、将改性膏料与含氟漆料机械搅拌分散均匀，搅拌转速为1800～3200rpm；

9、步骤s2、将搅拌后得到的漆料经过消泡、过滤并过滤掉大颗粒杂质，制得改性漆料，将制得的改性漆料雾化喷涂至零件指定表面；

10、步骤s3、将喷涂后的零件进行高温固化烧结处理，得到的涂层疏水角度≥120°、疏油角度≥110°、耐磨次数≥6500。

11、进一步地，步骤s1中所述改性膏料的制备方法包括以下步骤：

12、(1)将含氢硅油、非离子型表面活性剂、去离子水以4600～5200rpm的搅拌速度高速剪切乳化混合搅拌均匀，制得水包油微乳液；

13、(2)将得到的水包油微乳液加入气相二氧化硅中，以4600～5200rpm的搅拌速度高速搅拌均匀，制得改性气相二氧化硅浆料；

14、(3)将得到的改性气相二氧化硅浆料离心处理后，去掉上层清液，并脱去部分水分，制成改性膏料，所述改性膏料的粘度为100～500mpa·s。

15、进一步地，步骤s2中漆料雾化喷涂至硬度为40～135hb的金属零件表面，雾化喷涂时的喷射压力为0.2～0.4mpa。

16、进一步地，步骤s3中所述高温固化烧结处理的工艺参数如下：常温入炉，升温速度＜40℃/min，最终固化温度为360～420℃，保温时间与膜厚的比值为0.5～1min/μm，炉内按需分布的热源和隔热部件控制各区温度波动≤±5℃。

17、进一步地，步骤s1-s3中，控制落至漆料的空间粉尘量，每小时落尘量≤10mg/m2·h、粒径超过5μm的悬浮粒子浓度≤29个/m3。

18、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

19、本发明提供的超疏水耐磨的含氟功能涂层的制备原料中包含了改性膏料，改性膏料在简单密封条件下，即可实现长期稳定存储，便于物流和使用；本发明优化了改性膏料中原料的比例，使各原料充分发挥作用，进一步提高了含氟功能涂层的疏水性和耐磨性。

20、本发明提供的改性浆料的微观结构为改性二氧化硅均匀分散在水包油乳液中，其中改性二氧化硅为表面吸附了水包油乳液的气相二氧化硅，这种膏状改性原料解决了粉状改性原料在向漆液添加过程中的团聚、沉降和逸尘污染的问题，不仅水溶性好，且易于在漆料中分散均匀，有利于提高成膜质量。

21、本发明提供的水包油乳液，通过将含氢硅油、非离子型表面活性剂及去离子水混合、高速剪切匀乳，可得到低粘度、粒径相对一致、有稳定正负电荷中心的“微乳液”，有利于均匀包裹微纳二氧化硅颗粒，并在漆液体系中分散。

22、本发明改性膏料中的二氧化硅在体系中主要为最终涂层表面微凸结构构建组分，除了硅酯水解法生产的二氧化硅表面呈疏水性外，气相法和沉淀法二氧化硅表面均呈亲水性，亲水性易导致纳米sio2在漆液体系中容易团聚成无定形的白色粉末，分散效果不佳，而且会使得sio2添加量局限在一个极低水平，使sio2的纳米效应无法得到充分体现，因此需要对sio2粉末进行疏水改性，根据复合原理，使用具有疏水性的材料进行微凸结构的构建，一定程度上亦能增加疏水效果。

23、利用含氢硅油表面存在的大量高活性、高反应效率的si-h键，作为与气相二氧化硅主要反应的基团，在弱碱性环境中，高活性的si-h键被破坏后，活性氢原子会被羟基取代，从而可以接枝硅羟基。然后，sio2表面的硅羟基与-oh发生缩合反应，反应完全后，从而接枝疏水基团-ch3，最终实现了纳米sio2微孔绝热材料的亲水基羟基取而代之为疏水基-ch3。

24、含氟漆料本身所含的强极性f元素形成强氢键，与分散均匀的、包裹了二氧化硅颗粒的微乳液形成接枝，结构更密实，并均匀分布在漆液中，从而在漆膜烘干固化后构造一种均匀分布的微凸织构，提高疏水性和耐摩擦性能。

25、本发明涂层以水包油微结构乳液和气相二氧化硅制得的膏状物质作为含氟漆料改性原料，与含氟漆料混合后，采用机械搅拌方式即可实现疏水颗粒在漆料中的均匀分散，最终经过喷涂、固化成形。该方法不仅操作方便、分散性好，而且制备的涂层性能满足了涂层疏水角度不低于120°、疏油角度不低于110°、耐磨次数≥6500。