一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液、涂层及其制备方法

本发明涉及超疏水涂料及涂层，具体为一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液、涂层及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，结冰对飞机、船舶、电网系统、交通以及其他一些能源设备造成的损失越来越大，每年因冰雪灾害造成的损失也是不可估量的。为了减少结冰造成的灾害，一些现有防/除冰方法被实施。现有技术主要采用电热法、气热法、机械和人工法等，来进行防冰除冰。但上述现有技术存在能耗高，成本高、耗时较长等问题。因此，探索并开发具有低成本、低能耗且可以高效除冰的方式是行业迫切需要的。

2、随着材料工程和涂料工业的发展，具有优异疏水性能的涂层越来越多地进入研究者的视野。由于其独特的不沾湿、抗菌、防冰和自清洁的特性，超疏水涂层在汽车、船舶、飞机、纺织品、可穿戴电子设备和医疗保健设备等行业的需求量与日俱增。虽然，目前有关超疏水涂层的研究取得了较大进展，但在生产与应用方面仍存在一定的不足。例如，超疏水涂层的成分中含有一定量氟元素，该元素在环境中累积会对植物与人体造成不可逆的损害；超疏水涂层的耐久性、耐候性、机械稳定性较差，这将对超疏水涂层的大规模使用产生限制。因此，开发具有相应功能性、耐久性且环境友好的超疏水涂层的显得尤为重要。

3、申请公布号为cn117903641a的中国发明专利申请公开一种超疏水含氟树脂涂层液、防冰涂层及制备方法与应用，涂层液由质量比为1:2-1:4的ptfe乳液与pfa乳液组成的氟树脂分散液和聚乙烯吡咯烷酮增稠剂组成。上述公开的技术方案中虽然其静态水接触角为150-165°，但氟树脂分散液中含有大量的氟元素对环境不友好，会污染水源进而影响人们健康。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液，通过化学接枝制备，可以形成三维粗糙多孔的网络结构，具有高强度粘结和优异的稳定性，难以破坏。

2、本发明的另一目的是提供所述基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，通过化学接枝制备，且原料来源广泛、合成工艺简单。

3、本发明的第三目的是提供一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水图层。

4、一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液，由包括以下质量分数组分复合制成：

5、硅改性聚氨酯                          90-95％

6、疏水二氧化硅                          5-10％。

7、一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，按以下比例关系，其包括的步骤如下：

8、(1)将2g二氧化硅加入到丙醇和氨水的混合溶液中，在30-40℃的条件下剧烈搅拌反应30-50分钟，得到更小的二氧化硅颗粒，然后滴加0.5-5ml teos(四乙氧基硅烷)反应2-3小时，最后离心干燥得到疏水二氧化硅；

9、(2)将5-7g异氰酸酯加入反应容器中预热，预热温度50-60℃，预热时间为0.1-0.2h，以提高异氰酸酯的流动性，方便异氰酸酯与有机硅更好的均匀混合；

10、(3)在反应容器中加入1-2g有机硅，在50-60℃缩聚反应温度下恒温反应1-3h，制成低聚合度的第一中间产物；

11、(4)加入20-50ml dmf(n,n-二甲基甲酰胺)除去反应生成的水分子，保证体系处在适宜的粘度条件下；

12、(5)加入小分子乙二醇1-3g进行扩链反应，在40-55℃的条件下反应1h，制得第二中间产物；

13、(6)在第二中间产物中加入2-5ml甲醇进行部分封端反应，在室温下静置2h，制得硅改性聚氨酯待用；

14、(7)将0.5-1.0g疏水二氧化硅与制备好的8-10g硅改性聚氨酯混合后，滴加0.5-5ml teos(四乙氧基硅烷)并磁力搅拌，超声处理后得到复合超疏水溶液。

15、所述异氰酸酯为环己基异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种。

16、所述有机硅为羟基封端聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基氢硅氧烷中的一种。其中，羟基封端聚二甲基硅氧烷优选为上海阿拉丁生化科技股份有限公司的型号为ar的羟基封端聚二甲基硅氧烷。

17、所述硅改性聚氨酯的nco/oh的r值(摩尔比)在1.5-2.0之间。

18、所述疏水二氧化硅的水接触角为90-110°。

19、所述基于硅改性聚氨酯复合超疏水涂层，是将基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液喷涂在物体表面后室温放置2-4h制得。

20、本发明所述硅改性聚氨酯通过反应条件的控制使得其nco/oh的r值(摩尔比)在1.5-2.0之间。使用有机硅作为基材，如羟基封端聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷等，化学改性使得涂层可以适应各种表面形貌和结构。

21、本发明由硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅复合组成，二者一起形成了三维粗糙多孔的网络结构。该结构具有高强度粘结和优异的稳定性，难以破坏。超疏水表面的制备过程相对简单且易于操作，只需清洁待喷涂的基材，使用喷枪喷涂硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅混合溶液。然后在室温下固化2-4小时，即可得到超疏水涂层。制造方法简单易行，无需高精密度和昂贵的设备，使用成本低的材料，便于推广和应用。

22、总的来说，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、(1)通过空气喷涂法将硅改性聚氨酯和疏水二氧化硅混合溶液喷涂至基材表面上，形成超疏水涂层，该方法可形成均匀、致密的涂层；

24、(2)合成原料来源广泛，材料对环境友好且操作工艺简单；

25、(3)硅改性聚氨酯与疏水二氧化硅形成三维粗糙多孔的网络结构，该结构具有高强度粘结和优异的稳定性，难以破坏。

技术特征：

1.一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液，其特征在于，由包括以下质量分数组分复合制成：

2.根据权利要求1所述一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，其特征在于，其包括的步骤如下：

3.根据权利要求2所述一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为环己基异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。

4.根据权利要求2所述一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，其特征在于，所述有机硅为羟基封端聚二甲基硅氧烷和/或聚甲基氢硅氧烷。

5.根据权利要求2所述一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，其特征在于，所述硅改性聚氨酯的nco/oh的r值在1.5-2.0之间。

6.根据权利要求2所述一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液的制备方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅的水接触角为90-110°。

7.一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水涂层，其特征在于，是将权利要求1-6任一所述基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液喷涂在物体表面后室温放置2-4h制得。

技术总结本发明公开一种基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液，由硅改性聚氨酯与疏水二氧化硅按质量百分数的占比为90‑95％：5‑10％复合制成，本发明还公开所述基于硅改性聚氨酯复合超疏水溶液及涂层的制备方法。本发明具有的有益效果是：可用于疏水涂层领域，硅改性聚氨酯与疏水二氧化硅形成三维粗糙多孔的网络结构，该结构具有高强度粘结和优异的稳定性，难以破坏。技术研发人员：谢于辉,夏海明,谢德龙,乔超逸,吴枫,冯东,梅毅受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10