一種超疏水透明塗覆液及其製備方法與流程

2023-06-07 05:34:51 2

本發明屬於超疏水材料技術領域，尤其是涉及一種超疏水透明塗覆液及其製備方法。

背景技術：

受荷葉自清潔效應的激發，以仿生為基礎的疏水表面近年來一直是一個研究熱點，大面積的疏水表面在工農業生產和人們日常生活中都有著極其重要的應用價值，如透明疏水塗膜應用於高層建築物外牆及玻璃外表面，可以免去高空人工清潔作業，節省了人工成本的同時更免除了作業的安全隱患；遠程高壓輸電，電纜線表面的疏水能夠避免雨、雪惡劣天氣造成的電線外表冰凍層，既保證電力供應又提高電線使用壽命；還有疏水表面的雪地鞋、防水霧的眼鏡、防雨水水漬的汽車前檔玻璃等等更是和我們息息相關。

由固體浸潤性的基本理論(wenzel模型和cassie模型)可知，影響固體材料表面浸潤性主要有以下兩方面因素：表面自由能和表面粗糙度。因此，目前國內外在研究疏水塗覆時主要是採用構造疏水基團的化學處理方法，儘可能地降低材料的表面自由能，或者提高疏水表面粗糙度，構造微米甚至納米級的不平整表面。但是，目前超疏水塗覆材料使用方法有局限性，不適合各種既有物體和表面；塗膜不透明，改變既有物體的顏色；起到疏水作用的基團(官能團)容易被汙染，喪失功效，疏水、超疏水效果不長久。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明旨在提出一種超疏水透明塗覆液及其製備方法，以保證超疏水材料能夠通過噴塗或者塗刷工序在基材上形成透明超疏水塗膜，且超疏水功效保持長久，不受表面汙染而影響超疏水特性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種超疏水透明塗覆液，該超疏水透明塗覆液按重量份計，包含以下組分：二氧化鈦-二氧化矽複合粉體：0.5-5份，異丙醇：75-97份，醇溶性聚氨酯：0.1-1份。

進一步的，所述超疏水透明塗覆液按重量份計，包含以下組分：二氧化鈦-二氧化矽複合粉體：2份，異丙醇：86份，醇溶性聚氨酯：0.55份。

所述的二氧化鈦-二氧化矽複合粉體的製備方法，包括如下步驟：

(1)二氧化鈦粉體製備：稱取一定量的鈦酸丁酯，乙酸和異丙醇並混合，常溫常壓下攪拌一定時間後向體系內逐滴加入ph＝9的氨水溶液，充分攪拌後靜置，然後在真空乾燥得到粉末，研磨粉末，並於氨氣氣氛下煅燒一定時間，保持煅燒溫度為350℃-480℃，得到二氧化鈦粉體；

(2)二氧化鈦粉體改性：配置含有表面活性劑的異丙醇溶液，其中表面活性劑質量分數為2％-3.5％，稱取一定質量的步驟(1)製得的二氧化鈦粉體，並將其加入到異丙醇溶液中，超聲分散一定時間後離心得到沉澱粉末，所得沉澱粉末經丙酮洗滌，乾燥後得到改性二氧化鈦粉末；

(3)二氧化矽溶膠製備：取一定量的正矽酸乙酯分散到異丙醇中，逐滴加入濃氨水，50℃-60℃水浴下磁力攪拌一定時間後得到二氧化矽溶膠；

(4)二氧化鈦-二氧化矽複合粉體製備：將步驟(2)得到的改性二氧化鈦粉末加入到步驟(3)得到二氧化矽溶膠中，同時加入一定量的疏水改性劑，超聲攪拌一定時間，於室溫靜置直至成為透明果凍狀凝膠固體，於120℃下真空乾燥得到二氧化鈦-二氧化矽複合粉體。

進一步的，所述步驟(1)中鈦酸丁酯，乙酸，異丙醇和氨水的摩爾比為0.1-0.6：0.1-1：6-20：0.22-0.51。

進一步的，所述步驟(2)中二氧化鈦粉體與異丙醇溶液的質量比為1-8：10-50。

進一步的，所述步驟(3)中正矽酸乙酯，異丙醇和濃氨水的質量比為1：20-26:0.3-0.5。

進一步的，所述步驟(4)中的二氧化鈦粉末，改性劑與步驟(3)中正矽酸乙酯的摩爾比為0.4-1：2-4：1。

進一步的，所述表面活性劑為聚乙二醇辛基苯基醚、硬脂醯胺、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、聚丙烯酸鈉鹽或聚乙烯醇中的至少一種；所述步驟(4)中的疏水改性劑為三甲基氯矽烷、甲基三甲氧基矽烷、三乙氧基甲基矽烷、六甲基二矽氮烷、1h,1h,2h,2h-全氟辛基二甲基氯矽烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三氯矽烷中的至少一種。

進一步的，所述步驟(1)中攪拌時間為4小時，所述氨氣氣氛下煅燒時間為1小時；所述步驟(2)中超聲分散時間為30分鐘，所述步驟(3)中磁力攪拌時間為2小時，所述步驟(4)中超聲攪拌時間為2小時。

相對於現有技術，本發明所述的一種超疏水透明塗覆液及其製備方法具有以下優勢：

本發明所述的一種超疏水透明塗覆液含有二氧化鈦-二氧化矽複合粉體，通過氨水改性和氨氣氣氛煅燒得到的具有可見光響應的二氧化鈦，通過溶膠凝膠法製備二氧化矽，並在果凍狀凝膠階段與二氧化鈦複合，最終形成二氧化鈦-二氧化矽複合粉體具有可見光下分解塗膜表面汙染物的功效；二氧化鈦-二氧化矽複合粉體中含有的含氟烷烴改性劑具有疏水集團可以長久保持超疏水的效果。

同時，本發明所述的一種超疏水透明塗覆液以醇溶性聚氨酯等為成膜劑，常溫常壓下能夠在玻璃、纖維、幕牆、木材，皮革等多種基材上通過塗刷、噴塗等簡單工序，固化形成透明超疏水塗膜，塗覆效果好，可長效保持超疏水特性。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種超疏水透明塗覆液形成塗膜後在掃描探針顯微鏡下觀測結果圖；

圖2為本發明所述的一種超疏水透明塗覆液的對比例在汙染1天後接觸角測定儀觀察到的疏水效果圖；

圖3為本發明所述的一種超疏水透明塗覆液的對比例在汙染70天後接觸角測定儀觀察到的疏水效果圖；

圖4為本發明所述的一種超疏水透明塗覆液的對比例在汙染90天後接觸角測定儀觀察到的疏水效果圖。

具體實施方式

除有定義外，以下實施例中所用的技術術語具有與本發明所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。以下實施例中所用的試驗試劑，如無特殊說明，均為常規生化試劑；所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法。

下面結合實施例來詳細說明本發明。

實施例1

一種超疏水透明塗覆液,其製備方法包括以下步驟，其中各步驟對應的原料配比如表1所示。

(1)二氧化鈦粉體製備：

稱取配方量的異丙醇、乙酸、鈦酸丁酯，並依次加入到反應容器中，於25℃下充分混合併攪拌4小時，向體系內逐滴加入ph＝9的氨水溶液，充分攪拌，於室溫靜置老化24小時，生成物在120℃下真空乾燥2小時得到粉末，研磨粉末，並於氨氣環境下煅燒1小時，保持煅燒溫度為400℃，得到二氧化鈦粉體。

(2)二氧化鈦粉體改性：

稱取聚乙二醇辛基苯基醚，溶解於異丙醇中，配置成聚乙二醇辛基苯基醚的異丙醇溶液，稱取步驟(1)製得的二氧化鈦粉體，並將其加入到異丙醇溶液中，超聲分散30分鐘，然後18000rpm轉速下離心10分鐘得到沉澱粉末，丙酮洗滌，乾燥後得到改性二氧化鈦粉末。

(3)二氧化矽溶膠製備：

稱取正矽酸乙酯分散於異丙醇溶液中，磁力攪拌30分鐘，逐滴加入濃氨水，50℃水浴攪拌2小時後得到二氧化矽溶膠。

(4)二氧化鈦-二氧化矽複合粉體製備：

向步驟(3)得到的二氧化矽溶膠內加入的改性二氧化鈦粉末，同時逐滴滴加疏水改性劑，超聲分散2小時，隨後室溫放置36小時成透明果凍狀凝膠固體，於120℃真空乾燥得到二氧化鈦-二氧化矽複合粉體。

(5)超疏水透明塗覆液的製備：

取二氧化鈦-二氧化矽複合粉體溶於異丙醇中，並加入醇溶性聚氨酯，混合分散均勻後得到超疏水透明塗覆液。

用空氣噴塗槍將製備的超疏水透明塗覆液在紙張表面進行噴塗，常溫常壓下形成透明超疏水塗膜，不影響紙張原本顏色，疏水角平均值達151.1°。表1實施例1-4及對比例中的原料配比

實施例2

一種超疏水透明塗覆液,其製備方法如實施例1，其原料配比如表1所示。

利用空氣噴塗槍將製備的超疏水透明塗覆液在玻璃纖維布表面進行噴塗，常溫常壓下形成透明超疏水塗膜，不影響玻纖布原本顏色，同時塗膜可隨玻纖布的蜷曲而不發生裂紋和改變，疏水角平均值達到148.9°。

實施例3

一種超疏水透明塗覆液,其製備方法如實施例1，其原料配比如表1所示。

用塗布棒將製備的超疏水透明塗覆液在辦公桌表面進行塗刷，常溫常壓下形成透明超疏水塗膜，不影響辦公桌原本顏色，疏水角平均值達155.3°，該塗膜在掃描探針顯微鏡下觀測結果如圖1所示。

實施例4

一種超疏水透明塗覆液,其製備方法與原料配比均與實施例1相同。

利用塗布棒將製備的超疏水透明塗覆液在載玻片上進行塗刷，常溫常壓下形成透明超疏水塗膜，分別採用固體、液體、氣體三種類型的汙染物對塗膜表面進行汙染，長時間對其進行液體、氣體、固體等常見汙染後仍保持超疏水特性，影響對比結果如表2所示。

表2實施例4製得的超疏水透明塗覆液塗膜汙染不同時長後與水接觸角

對比例

一種疏水塗覆液,其原料配比如表1所示，其製備方法如下：

(1)二氧化鈦粉體製備：

稱取配方量的異丙醇、乙酸、鈦酸丁酯，並依次加入到反應容器中，於25℃下充分混合併攪拌4小時，於室溫靜置老化24小時，生成物在120℃下真空乾燥2小時得到粉末，研磨粉末，得到二氧化鈦粉體。

(2)二氧化鈦粉體改性：

稱取聚乙二醇辛基苯基醚，溶解於異丙醇中，配置成聚乙二醇辛基苯基醚的異丙醇溶液，稱取步驟(1)製得的二氧化鈦粉體，並將其加入到異丙醇溶液中，超聲分散30分鐘，然後18000rpm轉速下離心10分鐘得到沉澱粉末，丙酮洗滌，乾燥後得到改性二氧化鈦粉體。

(3)二氧化矽溶膠製備：

稱取正矽酸乙酯分散於異丙醇溶液中，磁力攪拌30分鐘，逐滴加入濃氨水，50℃水浴攪拌2小時後得到二氧化矽溶膠。

(4)超疏水透明塗覆液的製備：

向步驟(3)得到的二氧化矽溶膠內加入改性二氧化鈦粉體，同時逐滴滴加疏水改性劑，超聲分散2小時,並加入醇溶性聚氨酯，混合分散均勻後得到超疏水透明塗覆液

利用塗布棒將疏水塗覆液在載玻片上進行塗刷，常溫常壓下形成疏水塗膜，分別採用固體、液體、氣體三種類型的汙染物對塗膜表面進行汙染，影響對比結果如表3所示。不同天數接觸角測定儀觀察到的疏水效果如圖2-4所示。

表3對比例製得的超疏水透明塗覆液塗膜汙染不同時長後與水接觸角

本發明所述的一種超疏水透明塗覆液在紙張、辦公桌表面和玻璃纖維布上固化形成透明超疏水塗膜，塗覆均勻，疏水效果好；同時根據圖1所示的掃描探針顯微鏡下塗膜表面圖可以從微觀方面驗證本發明所述的一種超疏水透明塗覆液具有良好的疏水效果。

根據表2可知，本發明所述的一種超疏水透明塗覆液形成塗膜後，對其進行長時間的液體、氣體、固體等常見汙染後仍能較好的保持超疏水特性。

對比例製備的改性二氧化鈦粉體，未經過氨水溶膠改性，也不在氨氣氣氛下製備，只是將改性二氧化鈦粉體，二氧化矽溶膠分別加入有機溶劑製備疏水透明塗覆液,根據表3及圖2-4可知，隨著汙染時間的增加，該疏水透明塗覆液製備的塗膜疏水角度越來越小，直至喪失疏水功能。

本發明所述的一種超疏水透明塗覆液塗覆均勻，具有良好的疏水效果，且對其進行長時間的液體、氣體、固體等常見汙染後仍可以長久保持超疏水的效果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。