一种超疏水涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子和涂料领域，具体涉及一种特别适用于桥梁、房建、公路等领域钢结构户外设施的涂装体系的超疏水涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、如果液滴在一个表面的接触角大于150°(静止状态)，则该表面通常被称为超疏水表面。液滴在超疏水表面难以停留，使得该表面具有防水、防冰、防雾、自清洁等特性。因此，超疏水涂料在航空航天、高铁等领域都有广泛的应用需求和前景。

2、公开号cn110964390a(公开日2020年4月7日)的中国专利申请“一种生物基超疏水涂料及制备方法和应用方法”公开了一种生物基超疏水涂料，包括底涂料和面涂料，所述底涂料由树脂a和溶剂制备而成，所述面涂料由树脂b(所述树脂b为选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、缩丁醛树脂、有机硅树脂、丙烯酸共聚物、聚醋酸乙烯、醋酸乙烯酯丙烯酸共聚物中的一种或几种)、荷叶颗粒、颜料、溶剂、增稠剂、酸碱调节剂、乳化剂和消泡剂制备而成；所述底涂料和面涂料依次涂布于待疏水表面，涂布后的水接触角大于150°。其中，赋予涂料表面超疏水性能的是面涂料所含的荷叶颗粒。但是荷叶颗粒的引入导致涂料的表面能及粘附性降低，因此必须匹配特定的底涂料来解决这一问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超疏水涂料及其制备方法和应用。该超疏水涂料可以直接涂布在底材上，涂料表面水接触角大于150°，且与底材粘附力强，无需另外设置底面漆。本发明的超疏水涂料特别适用于桥梁、房建、公路等领域钢结构户外设施的表面防腐涂装体系。

2、为实现上述技术效果，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种超疏水涂料，按重量份计，原料组成为：

4、水性聚氨酯分散体30-60份，水可分散异氰酸酯固化剂10-25份，疏水型气相二氧化硅1-8份，质量百分比浓度5％-15％的聚乙烯醇水溶液5-10份，助溶剂3-5份，分散剂1-3份，消泡剂0.1-0.5份，着色颜料10-15份，填料5-10份，增稠剂0.1-0.5份，润湿剂0.1-0.4份和水5-30份；

5、其中，除水可分散异氰酸酯固化剂外的其他原料为a组分；所述a组分和水可分散异氰酸酯固化剂分别贮存，用时混合。

6、优选地，所述超疏水涂料，按重量份计，原料组成为：

7、水性聚氨酯分散体30-55份，水可分散异氰酸酯固化剂12-22份，疏水型气相二氧化硅2-6份，质量百分比浓度5％-15％的聚乙烯醇水溶液8-10份，助溶剂3-4份，分散剂2-3份，消泡剂0.2-0.3份，着色颜料10-12份，填料7-9份，增稠剂0.2-0.5份，润湿剂0.2-0.3份和水7-30份。

8、优选地，所述水性聚氨酯分散体、水分散型异氰酸酯固化剂、疏水型气相二氧化硅和聚乙烯醇水溶液的重量比为50-55∶20-22∶2-6∶8-10。

9、优选地，所述水性聚氨酯分散体选自uh 2557、uh2342、uh 2593/1和uh 2874中的至少一种；更优选为uh 2593/1。

10、优选地，所述水可分散异氰酸酯固化剂选自268、269、和270中的至少一种；更优选为270。

11、优选地，所述疏水型气相二氧化硅的比表面积为120-280m2/g，更优选为170-250m2/g。

12、优选地，所述疏水型气相二氧化硅的平均粒径为5-25nm。

13、进一步优选地，所述疏水型气相二氧化硅选自德固赛r974、德固赛r972、德固赛r816、德固赛r812s、德固赛r812、德固赛r202、德固赛r106、德固赛r104、卡博特ts-610、卡博特ts-530、日本德山dm-30、日本德山dm-20s、德国瓦克h20和德国瓦克h30中的至少一种；更优选地，所述疏水型气相二氧化硅为德固赛r812s。

14、优选地，所述聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度为8％-10％。

15、优选地，所述聚乙烯醇选自中国台湾长春bp-17、中国台湾长春bp-24、中国台湾长春bp-26、可乐丽pva-117、可乐丽pva-124、可乐丽pva-217和可乐丽pva-224中的至少一种；更优选为中国台湾长春bp-26。

16、优选地，所述聚乙烯醇水溶液通过如下方法制备：

17、将8-10份聚乙烯醇加入90-92份水中，浸泡2-4小时，然后置于50-70℃水浴中搅拌1-2小时，即得；其中聚乙烯醇和水的总重量份为100份。

18、优选地，所述助溶剂选自二丙二醇丁醚和/或二丙二醇甲醚；更优选为二丙二醇丁醚。

19、优选地，所述分散剂可以是本领域常用的阴离子分散剂、阳离子分散剂或非离子分散剂；更优选地，所述分散剂为深竹化工的sn-1792水性分散剂。

20、优选地，所述消泡剂选自矿物油消泡剂、有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂和高碳醇类消泡剂中的至少一种；更优选地，所述消泡剂为鞍山辉虹新材料的hf3206。

21、优选地，所述着色颜料选自金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉和有机碳黑中的至少一种。

22、优选地，所述填料选自沉淀硫酸钡、云母粉、碳酸钙和滑石粉中的至少一种。

23、优选地，所述润湿剂选自有机硅类润湿剂、阴离子类润湿剂和非离子类润湿剂的至少一种；更优选地，所述润湿剂为岳阳凯门水性助剂的greesol f04。

24、优选地，所述增稠剂选自聚氨酯缔合型增稠剂、碱溶涨型增稠剂和纤维素醚增稠剂中的至少一种；更优选地，所述增稠剂为普为助剂的u-6029。

25、本发明还有一个目的在于提供上述超疏水涂料的制备方法，包括如下步骤：

26、i.按照所述重量份准备各原料；

27、ii.a组分的制备

28、将水加入分散罐中，然后在搅拌状态下加入所述疏水型气相二氧化硅，以600-1000r/min的速度搅拌3-10分钟，保持转速，依次加入分散剂、消泡剂、着色颜料和填料，混合均匀后，然后加入锆珠进行研磨，20-50℃下研磨至细度10-15μm，过滤，除去锆珠，然后将浆料加入所述水性聚氨酯分散体中，再加入所述聚乙烯醇水溶液，以500-800r/min的速度搅拌3-10分钟后，再依次加入所述助溶剂、润湿剂和增稠剂，保持转速搅拌10-15分钟，得到所述a组分，备用；

29、iii.超疏水涂料的制备

30、临用时，将所述a组分和所述水分散型异氰酸酯固化剂按照配比混合均匀，即得。

31、本发明的第三个目的在于提供上述超疏水涂料或者通过上述方法制备得到的超疏水涂料的应用，包括将所述超疏水涂料直接涂覆在需要涂层具有自清洁、防结冰和/或除冰的建筑和/或钢铁构件外表面。

32、本发明选择脂肪族阴离子脂肪酸改性聚氨酯分散体(优选为uh2593/1)配合疏水型气相二氧化硅和聚乙烯醇水溶液，在体系中其他原料的共同作用下，使提供的涂料固化后的涂层具有一定的超疏水效果和优良的附着力，且外观良好。通过控制疏水型气相二氧化硅的粒径和聚乙烯醇水溶液中特定聚乙烯醇的质量浓度，有效平衡涂层的疏水性、外观和附着力，使提供的涂料能够满足后续自清洁及防冰领域需求。

33、本发明采用水可分散异氰酸酯固化剂(优选为270)与体系中的脂肪族阴离子脂肪酸改性聚氨酯分散体进行固化交联反应，尤其是控制体系中二者的重量比为(50-55)：(20-22)时，保证固化后涂层的外观、疏水性和附着力性能。