一种超耐候防污涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防污涂料，尤其涉及一种超耐候防污涂料及其制备方法。

背景技术：

1、超耐候防污涂料是一种能够在极端气候条件下保持稳定性和耐久性的高性能涂料，不仅具有出色的耐候性，还能有效抵抗各种污染物的附着，抵御长时间的风吹雨打和极端气候条件。超耐候防污涂料广泛应用于高铁、桥梁、石化罐体等需要长期暴露在恶劣环境中的表面，以减少维护成本和提高清洁效率，保护结构免受环境因素如湿度、温度变化、化学腐蚀和紫外线照射的侵蚀，从而延长其使用寿命并保持其外观，包括但不限于防腐、防锈、耐候、耐磨、抗紫外线、自清洁性等性能特点。提升防腐和防锈性能以进一步保护基材不被腐蚀，保证涂层的耐久性和耐用性；提升耐磨性可以减少因日常使用和维护造成的磨损。提升抗污性以便于维护和保持外观的整洁；具备良好的抗紫外线性能，以防止因长时间暴露在阳光下而导致的老化和褪色；具备自清洁的特性可使其在雨水或其他自然条件下，能够促进污垢的脱落，保持表面的清洁和美观。

2、随着科技的进步，为了提高超耐候涂料的疏水、防结冰和防污等性能通常采用以下技术方案：疏水性能可以通过在涂料中添加疏水性添加剂或使用纳米技术来增加微观纹理或低表面能表面，减少水分子的粘附；防结冰性能可以通过添加能够降低冰点的化学物质或利用表面结构来干扰冰的形成，也可以通过提高疏水性减少水的附着，排斥水滴和冰晶从而防止结冰；防污性能可以通过添加抗污成分，如氟化物或硅烷等来降低表面能，减少污染物的粘附。通过对涂料的配方的优化，以提高其耐久性和抗化学侵蚀能力，确保涂料在长期暴露于恶劣环境条件下仍能保持其疏水、防结冰和防污特性，提升涂料的综合性能，使其更加适应各种环境挑战。

3、cn103059650a公开了一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料及其用途，首先按照重量百分比计，分别称取高分子树脂10％～15％、二氧化钛20％～25％，二氧化硅30％～35％，类钻碳为3％～5％；溶剂为19％～32％；然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳复方混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1～100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。该发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰，高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。该发明专利添加量类钻碳提高功能性，类钻碳成本高，不适合大面积的应用。

4、cn114635116a公开了一种多级结构的耐蚀减摩防结冰涂层及其制备方法，该发明通过在基体的表面上采用飞秒激光加工技术，制备带有仿生结构的微米级粗糙纹理，之后再进行磁控共溅射tialcrnbzr合金靶以及单质靶cu或/和ag形成具有纳米级微凸结构的tialcrnbzrcu或/和ag耐蚀薄膜，从而形成微米级与纳米级的仿生多级复合结构的薄膜。仿生多级复合结构因具有良好的疏水性，使液滴在结冰之前就在疏水表面滚落脱离，防止结冰，防止污物粘附，实现防污、防结冰；同时分布于纳米微凸的cu和ag元素，依靠纳米微凸的减少微生物的粘附，又依靠纳米cu和ag元素起到杀菌作用，因此还有cu或ag元素与仿生多级复合结构，可以协同提高了膜层的疏水、防污、防结冰作用。该发明专利通过磁控溅射技术进行镀膜得到多级复合涂层，镀膜步骤操作复杂，对工艺技术和设备要求高，实际应用范围局限。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用在高铁、景观桥梁、石化罐体表面的超耐候防污涂料，能在-20℃下保证良好的抗结冰性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超耐候防污涂料及其制备方法。

3、一种超耐候防污涂料的制备方法包括以下步骤：

4、(1)将二硫化钼加到氨水溶液中，室温搅拌1-2小时得到分散液，加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，50-60℃搅拌8-10小时后过滤，60-80℃真空干燥得到改性二硫化钼；

5、(2)将改性二硫化钼、氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷、二环己基碳二亚胺、苯基三甲基氯化铵加到n,n-二甲基甲酰胺中，加入介孔二氧化硅，120-140℃搅拌12-24小时，抽滤，无水乙醇洗滤饼2-4次，50-60℃真空干燥得到负载介孔二氧化硅；

6、(3)将环氧树脂、负载介孔二氧化硅、消泡剂、流平剂依次加到无水乙醇中，室温搅拌1-2小时，加入固化剂，超声分散10-30分钟，得到所述超耐候防污涂料。

7、所述步骤(1)中氨水溶液为20-25wt％氨水溶液。

8、所述步骤(1)中二硫化钼、氨水溶液、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的用量重量比为2-3：20-30：0.4-0.6。

9、所述步骤(2)中改性二硫化钼、氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷、二环己基碳二亚胺、苯基三甲基氯化铵、n,n-二甲基甲酰胺、介孔二氧化硅的用量重量比为1-3：3-6：0.5-1：0.2-0.6：180-220：180-220。

10、所述步骤(3)中环氧树脂、负载介孔二氧化硅、消泡剂、流平剂、无水乙醇、固化剂的用量重量比为140-160：180-220：1-2：1-2：120-160：30-60。

11、所述步骤(2)中介孔二氧化硅孔径为1-5nm。

12、所述步骤(3)中消泡剂为聚二甲基硅氧烷。

13、所述步骤(3)中流平剂为聚醚改性有机硅流平剂。

14、环氧树脂具有优异的粘接性、机械强度和耐化学腐蚀性，是涂料中的主要成膜物质，在固化后形成的三维网络结构为涂层提供了极高的内聚力和附着力，确保涂层能紧密粘附在高铁、景观桥梁、石化罐体等物体表面，即使在恶劣的户外环境下也能保持稳定。环氧树脂具有较高的玻璃化转变温度，这使得涂层在低温下仍能维持一定的柔韧性和延展性，不易发生脆裂；在-20℃的极端低温条件下，环氧树脂的分子链段运动减缓，但得益于其高交联密度和良好的分子间作用力，涂层仍能保持结构的完整性和功能性，确保涂料在高铁、景观桥梁和石化罐体等户外结构的应用中保证了涂层在低温环境下的可靠性和耐久性。在超耐候防污涂料的制备过程中，消泡剂通过降低涂料体系的表面张力有效控制和消除制备过程中产生的气泡，避免影响涂层的均匀性和完整性，导致涂层外观缺陷、降低涂层的防护性能、缩短使用寿命等。流平剂通过改善涂料流动性和自流平能力减少涂层表面的不均匀性，提高涂层的平滑度和光泽度，从而提高涂层外观效果和保护性能，良好的流平性有助于降低施工难度，提升施工效率。

15、介孔二氧化硅的高比表面积和多孔结构在涂料提供了载体作用，介孔二氧化硅的物理屏障作用也提高了涂层的防污性，将接枝的二硫化钼-氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷负载后提高其在涂料中的分散性和稳定性；负载介孔二氧化硅通过减少水分在涂层表面的铺展，使水珠不易在涂层表面停留，从而减缓冰层的形成。本发明利用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对二硫化钼进行改性，硅烷水解产生的硅醇基团与二硫化钼颗粒表面上的羟基发生脱水反应形成稳定的共价键，同时硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合形成网状结构的膜覆盖在二硫化钼表面，使二硫化钼粉体有机化，在涂料中表现抗团聚性，从而增强其在涂料中的分散性和稳定性，加到涂料中还使得涂料的耐候性和机械性能得到提高；加入改性二硫化钼的涂料涂层更平整光滑，说明改性二硫化钼的分散性得到明显改善，且不出现团聚现象，相容性的提高对后续的载体吸附步骤中起有益效果。进一步将改性二硫化钼与氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷接枝后负载载体中得到负载介孔二氧化硅，使载体在涂料中更加分散，对水的阻隔效果加强，而且氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷本身的硅氧烷结构具有疏水性，其低表面能可以自迁移至涂层表面，使涂层表面更致密，进一步提高疏水性能。氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷是由硅氧骨架组成的无机内核的笼型结构，本质一种杂化分子，其核心是无机倍半硅氧烷，笼角为有机正苯基氨基丙基，氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷的氨基与改性二硫化钼进行接枝形成稳定化学键结合，再与无机介孔二氧化硅进行吸附，解决无机粒子的团聚和两相界面结合力弱的问题，提高生物利用度更容易制备得到负载介孔二氧化硅。负载的改性二硫化钼后为层状结构提供了低摩擦特性，有助于减少冰层的附着，从而提高抗结冰性。负载介孔二氧化硅由于改性二硫化钼和氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷的加入还增强了涂料的光化学稳定性，可能通过吸收紫外线减少损害。介孔二氧化硅为涂料提供了更好的屏障效果，减少紫外线穿透，延缓老化；氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷的疏水性和低表面能促成了光滑致密的涂层表面，不利于紫外线吸附，增强了抗紫外线性能，从而延长了涂料的使用寿命，有助于提高涂层的耐候性等。

16、本发明的有益效果：

17、与现有技术相比，本发明的超耐候防污涂料通过多组分的结合使用解决了载体的团聚和各组分相容性问题，强化了涂层的界面结合力，从而提高了涂层的生物利用度和整体性能，不仅在抗结冰性、疏水性、抗污性方面表现突出，还在耐候性、机械性能以及抗紫外线老化性方面具有显著优势，延长实际应用中的涂料使用寿命，满足了高铁、景观桥梁、石化罐体等户外结构在极端气候条件下的长效防护需求。