一种水性化超双疏处理剂、制备方法及应用

本发明涉及涂料及制备方法，具体涉及一种水性化超双疏处理剂、制备方法及应用。

背景技术：

1、随着环境和资源问题不断严重，各国对挥发性有机物vocs及有毒物质的限制越来越严格，使用更加绿色环保的水性涂料取代传统溶剂型涂料已成为必然趋势。水性涂料以水作为分散介质，可有效降低有机溶剂的使用，减少vocs的排放。近十年来，各种商品化的水性乳液涂料层出不穷，在涂料领域的应用日益扩大，水性涂料在金属防锈涂料、家庭装饰涂料、建筑涂料的市场份额也不断提高。然而，为了实现水性化，水性乳液涂料中树脂分子不可避免的会引入亲水性基团，导致其涂层耐水耐溶剂性差，易发生起泡、开裂和剥落等现象，持续发展具有优异耐用性的高性能水性涂料势在必行。

2、超双疏是一种特殊润湿性，是指水和油类液体在其表面的静态接触角均大于150°，动态滚动角＜10°的表面，因此具有超双疏性能的表面对水、油以及大部分有机试剂表现出优异抗润湿性，可赋予材料自清洁、防污、防腐与优异耐候性等。对传统水性涂料进行超双疏改性，是改善水性涂料涂层耐水耐溶剂性差、耐候性不足以及应用受限问题的有效途径。

3、超双疏的实现离不开低表面能物质的使用和层次结构粗糙度的构筑，通常直接采用有机溶剂作为分散介质或辅助使用有机溶剂来保证涂料的有效使用与稳定储存，例如，专利cn 115323352b将具有微纳复合结构的二氧化硅和低表面能修饰剂加入乙醇、乙酸乙酯、正己烷或乙酸丁酯等有机溶剂中，制备得到了可喷涂超双疏涂料；专利cn 114276704a将氟硅烷加入到醇溶剂分散的酸改性二氧化硅溶液中，制备了一种超双疏涂料并用于绝缘子表面处理；专利cn 106433364b将水性乳液用乙醇稀释后加入含氟硅烷偶联剂与无机纳米粒子制备涂料，干燥后得到超疏水涂层。有机溶剂的大量使用，不仅在制造和施工过程中会造成大量污染性挥发物，威胁人们的健康安全和生态环境，还会增加此类涂料的生产成本。然而，由于低表面能物质与水的表能差异极大，其在水中易团聚，难以在水中均匀、稳定分散，无法直接用于传统的水性乳液涂料，难以对水性涂料进行超疏液改性与升级。

4、低表面能与水性涂料之间的矛盾极大地限制了水性超疏液涂料的开发，阻碍了涂料的绿色化发展进程。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题提供一种水性化超双疏处理剂、制备方法及应用。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种水性化超双疏处理剂，按质量百分比计包括：

4、无机/有机微纳米粒子0.5wt.％～20.0wt.％、氟碳表面活性剂0.01wt.％～5wt.％、含氟硅烷偶联剂1.0wt.％～10.0wt.％、余量为水；

5、其中：含氟硅烷偶联剂为主碳链原子数为8～18的线性结构硅烷偶联剂。

6、进一步的，所述无机/有机微纳粒子为水溶性微纳粒子，具体为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、四氧化三铁粒子、银粒子、石墨烯、碳纳米管、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素纳米线、纤维素纳米晶中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。

7、进一步的，所述含氟硅烷偶联剂为全氟化三甲氧基硅烷、全氟化三乙氧基硅烷、全氟化三氯硅烷中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。

8、一种水性化超双疏处理剂的制备方法，包括以下步骤：

9、步骤1：将有机/无机微纳粒子分散在水中，搅拌条件下加入氟碳表面活性剂，混合均匀得到混合溶液；

10、步骤2：搅拌条件下，在步骤1的混合溶液中滴加含氟硅烷偶联剂，充分混合后即可得到所需水性化超双疏处理剂。

11、进一步的，所述步骤1和步骤2中的混合采用搅拌、超声和振荡中的一种或两种及以上结合。

12、进一步的，所述步骤1中混合时间为0.5～5小时，步骤2中的混合时间为0.5～5小时。

13、一种水性化超双疏处理剂的应用，所述水性化超双疏处理剂用于制备水性涂料。

14、进一步的，所述水性化超双疏处理剂用于水性涂料的改性剂。

15、进一步的，所述水性涂料改性剂，改性方法为：水性化超双疏处理剂与水性涂料直接共混即可；其中水性涂料固含量与水性化超双疏处理剂固含量之比为1:1～9；其中水性涂料为聚氨酯类水性涂料、丙烯酸树脂改性聚氨酯水性涂料、有机硅类水性涂料、环氧树脂类水性涂料、丙烯酸树脂类水性涂料、醇酸树脂类水性涂料、苯丙乳液类水性涂料、聚醋酸乙烯酯类水性涂料以及丙烯酸树脂改性聚醋酸乙烯酯类水性涂料中的一种或两种及以上以任意比例混合构成。

16、一种水性化超双疏处理剂得到的超双疏涂层，所述水性化超双疏处理剂采用喷涂、刷涂或浸涂任一方法涂覆于基材表面即可得到超双疏涂层。

17、本发明的有益效果是：

18、(1)本发明水性化超双疏处理剂稀释分散剂为水，未使用任何有机溶剂，可以实现100％水性化，零vocs排放；

19、(2)本发明水性化超双疏处理剂可克服低表面能物质在水中难以稳定分散的问题，性能优异，环境友好；

20、(3)本发明水性化超双疏处理剂制备方法步骤简单，易于控制，利于规模化生产，且通过简单添加共混即可将常见水性涂料改性为超双疏涂料，改善其耐水耐溶剂性能，提升其耐用性。

技术特征：

1.一种水性化超双疏处理剂，其特征在于，按质量百分比计包括：

2.根据权利要求1所述的一种水性化超双疏处理剂，其特征在于，所述无机/有机微纳粒子为水溶性微纳粒子，具体为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、四氧化三铁粒子、银粒子、石墨烯、碳纳米管、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素纳米线、纤维素纳米晶中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种水性化超双疏处理剂，其特征在于，所述含氟硅烷偶联剂为全氟化三甲氧基硅烷、全氟化三乙氧基硅烷、全氟化三氯硅烷中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。

4.如权利要求1～3任一所述一种水性化超双疏处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种水性化超双疏处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中的混合采用搅拌、超声和振荡中的一种或两种及以上结合。

6.根据权利要求5所述的一种水性化超双疏处理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中混合时间为0.5～5小时，步骤2中的混合时间为0.5～5小时。

7.如权利要求1～3任一所述水性化超双疏处理剂的应用，其特征在于，所述水性化超双疏处理剂用于制备水性涂料。

8.根据权利要求7所述的一种水性化超双疏处理剂的应用，其特征在于，所述水性化超双疏处理剂用于水性涂料的改性剂。

9.根据权利要求8所述的一种水性化超双疏处理剂的应用，其特征在于，所述水性涂料改性剂，改性方法为：水性化超双疏处理剂与水性涂料直接共混即可；其中水性涂料固含量与水性化超双疏处理剂固含量之比为1:1～9；其中水性涂料为聚氨酯类水性涂料、丙烯酸树脂改性聚氨酯水性涂料、有机硅类水性涂料、环氧树脂类水性涂料、丙烯酸树脂类水性涂料、醇酸树脂类水性涂料、苯丙乳液类水性涂料、聚醋酸乙烯酯类水性涂料以及丙烯酸树脂改性聚醋酸乙烯酯类水性涂料中的一种或两种及以上以任意比例混合构成。

10.采用如权利要求1～3任一所述水性化超双疏处理剂得到的超双疏涂层，其特征在于，所述水性化超双疏处理剂采用喷涂、刷涂或浸涂任一方法涂覆于基材表面即可得到超双疏涂层。

技术总结本发明公开了一种水性化超双疏处理剂、制备方法及应用，按质量百分比计包括：无机/有机微纳米粒子0.5wt.％～20.0wt.％、氟碳表面活性剂0.01wt.％～5wt.％、含氟硅烷偶联剂1.0wt.％～10.0wt.％、余量为水；其中：含氟硅烷偶联剂为主碳链原子数为8～18的线性结构硅烷偶联剂；本发明得到的全水性处理剂制备工艺简单且环境友好，未使用任何有机溶剂，可直接应用于常见水性涂料的超双疏改性，结合水性涂料制备得到的水性超双疏涂料可以用于木质建材、金属建材、织物、砖石等多种基材。技术研发人员：宋飞,张荣港,冯蕊,王芳,王玉忠受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11