一种超疏水涂料、制备方法和超疏水涂层与流程

本发明涉及超疏水涂层制备，具体涉及一种超疏水涂料、制备方法和超疏水涂层。

背景技术：

1、超疏水表面以其疏水、防污、自清洁等特性被广泛应用于日常生活、工业生产、军事发展等领域，成为了科学研究的热点。

2、1997年barthlott和neinhuis通过观察分析荷叶表面的微观形貌，提出该表面疏水性是由毛状体、表皮褶皱和蜡状晶体构成的表面粗糙微结构结合疏水性的表皮蜡状物而引起的，粗糙/蜡质的荷叶表面不仅具有疏水性，而且对颗粒污染物具有低粘附性。北京航空航天大学的江雷院士在barthlott等人的研究基础上发现，在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构，并认为这种微米结构和纳米结构相结合的等级结构是引起表面超疏水的根本原因，由此产生的疏水表面具有较大的静态接触角和较小的滚动接触角。由此可知，模拟荷叶效应的疏水自洁表面必须具备两个条件：一、表面必须具有类似蜡质晶体的低表面能物质；二、表面必须是粗糙的，而且粗糙度是纳米或接近纳米水平的。国内外大量关于超疏水表面作用机理及制备方法报道均表明，低表面能和微米-纳米微观结构的共同作用赋予了表面超疏水性能。

3、随着人们对超疏水表面研究的不断深入，许多制备方法不断涌现。中国专利申请cn1613565a公开了一种超疏水微细结构表面的制备方法，采用湿化学法在玻璃表面或单晶硅表面制得氧化锌微细结构表面，然后用分子自组装进行修饰获得超疏水表面。但其应用的基材受到限制，大大地限制了它的应用。因此，本领域迫切需要开发一种能够适用于不同基材的超疏水涂层。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明的目的在于提供一种超疏水涂料、制备方法和超疏水涂层，解决现有的超疏水涂层对基底有依赖，应用受限的问题。

2、为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种超疏水涂料，包括聚苯乙烯微球、聚二甲基硅氧烷和有机溶剂；其中，聚苯乙烯微球和聚二甲基硅氧烷的质量比为（1~10）：1。

4、优选的，聚苯乙烯微球的粒径为150~250 nm。

5、优选的，有机溶剂为石油醚。

6、优选的，聚苯乙烯微球的制备方法包括以下步骤：将苯乙烯、稳定剂和水在第一温度下混合，得到混合溶液；将引发剂溶液滴加到混合溶液中，在第二温度下进行搅拌反应，得到聚苯乙烯微球溶液；对聚苯乙烯微球溶液进行离心、洗涤，得到聚苯乙烯微球。

7、优选的，苯乙烯和稳定剂的质量比为（10~20）：（1.5~2.0），引发剂溶液的质量浓度为1%~2%。

8、优选的，稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮，引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠。

9、优选的，第一温度为60-80℃，第二温度为60-80℃；引发剂溶液滴加的时间为15-25 min；搅拌反应包括：将反应体系在第二温度下搅拌6-10 h，之后停止加热，继续搅拌10-14 h。

10、第二方面，本发明提供一种超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯微球、聚二甲基硅氧烷和有机溶剂混合，在常温下机械搅拌或超声振荡分散，得到超疏水涂料。球磨分散可能会破坏纳米聚苯乙烯微球的结构。

11、第三方面，本发明提供一种超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：将第一方面所述的超疏水涂料涂覆在基底上，常温静置2-3 h后，再在50-60 ℃下烘干2-3 h，得到超疏水涂层。

12、优选的，在涂覆超疏水涂料前还包括对基底表面进行清洁处理，例如将基底材料浸泡于乙醇和丙酮的混合溶液中，超声处理一定时间后烘干备用。

13、优选的，基底为玻璃、纱布、高分子复合材料、碳钢、橡胶或纸张。

14、优选的，上述涂覆的方式为滴涂或喷涂。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明通过利用聚苯乙烯微球来构筑粗糙结构，并采用聚二甲基硅氧烷来降低表面能，同时通过调控聚苯乙烯微球和聚二甲基硅氧烷的质量比来调控最佳表面微结构，从而使涂层具有超疏水性能，对水系、油系等液体均具有高抗润湿性，对大部分液体的接触角均大于150°，滚动角小于10°。

17、2、本发明提供的超疏水涂料无基底依赖性，应用范围广，适用于各类软硬质基底，如玻璃、纱布、高分子复合材料、碳钢、橡胶及普通纸张等。

18、3、本发明提供的超疏水涂层材料及涂层的制备方法简单易得，采用机械搅拌或超声便可得到超疏水涂料，通过简单的滴涂或喷涂即可得到超疏水涂层，易于实现工业上的大规模应用。

19、4、本发明的超疏水涂料固化得到的超疏水涂层具有较好的自清洁功能。

技术特征：

1.一种超疏水涂料，其特征在于，包括聚苯乙烯微球、聚二甲基硅氧烷和有机溶剂；其中，所述聚苯乙烯微球和聚二甲基硅氧烷的质量比为（1~10）：1。

2. 根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的粒径为150~250 nm。

3.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述有机溶剂为石油醚。

4.根据权利要求1所述的超疏水涂料，其特征在于，所述聚苯乙烯微球的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的超疏水涂料，其特征在于，所述苯乙烯和稳定剂的质量比为（10~20）：（1.5~2.0），所述引发剂溶液的质量浓度为1%~2%。

6.根据权利要求4所述的超疏水涂料，其特征在于，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸钠。

7. 根据权利要求4所述的超疏水涂料，其特征在于，所述第一温度和所述第二温度均为60-80 ℃；

8.根据权利要求1~7任一项所述的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9. 一种超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1~7任一项所述的超疏水涂料涂覆在基底上，常温静置2-3 h后，再在50-60 ℃下烘干2-3 h，得到所述超疏水涂层。

10.根据权利要求9所述的超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述基底为玻璃、纱布、高分子复合材料、碳钢、橡胶或纸张。

技术总结本发明公开了一种超疏水涂料、制备方法和超疏水涂层。该超疏水涂料包括聚苯乙烯微球、聚二甲基硅氧烷和有机溶剂；其中，所述聚苯乙烯微球和聚二甲基硅氧烷的质量比为（1~10）：1。本发明通过利用聚苯乙烯微球来构筑粗糙结构，并采用聚二甲基硅氧烷来降低表面能，同时通过调控聚苯乙烯微球和聚二甲基硅氧烷的质量比来调控最佳表面微结构，从而使涂层具有超疏水性能，对水系、油系等液体均具有高抗润湿性，并且无基底依赖性，适用于各类软硬质基底，应用范围广。技术研发人员：陈文锐,张晶莹,汪洋,冯增辉,刘兰轩受保护的技术使用者：中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1