CN109504239B - 一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，将环氧树脂、高岭土与聚四氟乙烯粉末加入到无水乙醇中，超声后搅拌均匀，然后加入改性剂，在室温下连续搅拌均匀，再加入聚酰胺树脂，最后涂覆于基底上，干燥固化，得到耐磨耐久性超疏水材料。该方法简单，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备，直接使用成本低廉的高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到可大规模喷涂的超疏水材料，且该疏水材料具有不受基底限制、环境适应性强和耐磨损的优点。

Description

一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超 疏水涂料的制备方法
技术领域
本发明属于新型疏水材料制备技术领域，具体涉及一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法。
背景技术
环氧树脂是应用非常广泛的基体树脂，具有附着力强、耐磨性能强、绝缘性好、反应前后尺寸变化小等优点，使其在材料粘结、灌浆、绝缘、防腐等领域有着广泛的应用。
超疏水现象自被人们发现以来因其具有自清洁、减阻、防腐蚀、防覆冰等特性一直备受关注，在涂料行业、工农业生产、国防军事等领域拥有广泛的应用前景。目前，超疏水材料的制备方面的研究已取得了丰富的研究成果，主要的制备方法有溶胶-凝胶法、刻蚀法、模板法、自组装法和静电纺丝法等。这些方法虽然可以制备出性能优异的超疏水材料，但是存在着成本高昂、制备工艺复杂、产品环境适应性差等缺点，从而制约着超疏水材料的工业化实用化发展。因此克服以上这些缺点，研发成本低廉、制备工艺简单、环境适应性强的超疏水材料是实现超疏水材料的工业化实用化的重点。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，目的在于提供一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，该方法简单，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备，直接使用成本低廉的高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到可大规模喷涂的超疏水材料，且该疏水材料具有不受基底限制、环境适应性强和耐磨损的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将环氧树脂、高岭土与聚四氟乙烯粉末加入到无水乙醇中，超声后搅拌均匀，得到混合乳液；其中，环氧树脂、高岭土和聚四氟乙烯按照质量比为(0.9-1.1):(2.9-3.1):(0.9-1.1)；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入改性剂，在室温下连续搅拌均匀，得到改性后的乳状混合液；其中，高岭土和改性剂的比为3g：0.2～0.25mL；
步骤三、将聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下连续搅拌均匀，得到预固化混合乳液；其中，聚酰胺树脂和环氧树脂的质量比为(0.8-1):1；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液涂覆于基底上，然后将涂覆有混合乳液的基底在室温下干燥固化，得到耐磨耐久性超疏水材料。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，环氧树脂为E51-618环氧树脂。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，超声的功率为300W，时间为5-10min。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，搅拌的转速为800-1000r/min，时间为1～2h。
本发明进一步的改进在于，步骤一中，环氧树脂与无水乙醇的比为1g：8-12mL。
本发明进一步的改进在于，步骤二中，改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷。
本发明进一步的改进在于，步骤二和步骤三中，搅拌时间均为1-2h。
本发明进一步的改进在于，步骤四中，干燥固化的时间为24h以上。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明中采用常见的高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料制备超疏水材料，不仅拓宽了高分子材料和无机颗粒复合的应用领域，也对超疏水材料的发展开阔了新的领域，成功制备出可大规模喷涂的耐磨耐久超疏水材料。
2、本发明制作过程简单，反应条件温和，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备。
3、本发明使得超疏水材料的发展在实际应用中有了进一步的发展，可大规模喷涂的耐磨耐久超疏水材料可以运用到涂料行业，具体到建筑业，管道运输以及废水处理等诸多领域。
4、采用本发明的方法制备的超疏水材料接触角可达160°，极大地降低了液滴与涂层材料的接触面积。其中聚四氟乙烯颗粒与经改性剂修饰的高岭土颗粒通过高速搅拌与环氧树脂和聚酰胺树脂混合充分，从而使得聚四氟乙烯颗粒与经改性剂修饰的高岭土颗粒均匀的镶嵌在环氧树脂与聚酰胺树脂交联固化所形成的三维结构中，这使得涂层不仅具有较好的机械性能与超疏水性能，并且具有较好的耐酸碱性。
5、该疏水材料不仅具有不受基底限制的优点，而且还具有耐磨耐久性的优点，同时可进行包括大规模喷涂的多种涂覆方法。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料的宏观照片。
图3为本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料水滴在表面上的宏观照片。
图4为本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料水滴在表面上的接触角测量仪照片。
图5为本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料的扫描电镜图。
图6为本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料的宏观照片。
图7为本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料水滴站立在表面上的宏观照片。
图8为本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料水滴在表面上的接触角测量仪照片。
图9为本发明实施例1和实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料磨损长度与水接触角的关系图。
图10为本发明实施例1和实施例2制备的超疏水材料在不同酸碱环境下与水接触角的关系图。
图11为本发明实施例1和实施例2制备的超疏水材料在不同温度水接触角的关系图。
图12为本发明实施例3制备的耐磨耐久超疏水材料的宏观照片。
图13为本发明实施例3制备的耐磨耐久超疏水材料水滴在表面上的宏观照片。
图14为本发明实施例4制备的耐磨耐久超疏水材料的宏观照片。
图15为本发明实施例4制备的耐磨耐久超疏水材料水滴在表面上的宏观照片。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明包括以下步骤：
步骤一、将环氧树脂、聚四氟乙烯粉末与干燥好的高岭土颗粒加入到无水乙醇中，300W下超声5-10min后在800-1000r/min下搅拌1-2h，得到混合乳液；其中，环氧树脂与无水乙醇的比为1g：8-12mL。环氧树脂、高岭土颗粒和聚四氟乙烯按照质量比为(0.9-1.1):(2.9-3.1):(0.9-1.1)；若是不按此比例，比如，高岭土用量增加，会增加硬度，耐磨；聚四氟乙烯和环氧树脂用于增加可能会影响表面过于平滑，疏水性变差。环氧树脂为E51-618环氧树脂。该步骤中，先超声，再搅拌，目的是使环氧树脂、聚四氟乙烯粉末与高岭土颗粒再无水乙醇中分散均匀。
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入改性剂，在室温下在800-1000r/min下连续搅拌1-2h，得到改性后的乳状混合液；其中，高岭土和改性剂的比为3g：0.2～0.25mL；改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷。
步骤三、将聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下在800-1000r/min下连续搅拌1-2h，得到预固化混合乳液；其中，聚酰胺树脂和环氧树脂的质量比为(0.8-1):1；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液涂覆于基底上，然后将涂覆有混合乳液的基底在室温下干燥固化24h以上，得到耐磨耐久性超疏水材料。若是干燥固化15h，表面干燥了，但是内部交联固化完全，会影响疏水性能。
高岭土和聚四氟乙烯粉末均为化学纯。
实施例1
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将1g环氧树脂、3g高岭土颗粒、1g聚四氟乙烯粉末加入到10mL无水乙醇中，300W下超声分散20min，室温下800r/min搅拌2h，得到混合乳液；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入0.2mL改性剂全氟癸基三乙氧基硅烷，在室温下800r/min连续搅拌2h，得到改性后的乳状混合液；
步骤三、将1g聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下800r/min连续搅拌1h，得到预固化混合乳液；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液滴涂于玻璃基底上，然后将涂覆有混合乳液的玻璃基底在室温下干燥固化24h，得到耐磨耐久性超疏水材料。
图1是本实施例制备的耐磨耐久性超疏水材料的扫描电镜图，从图1中可以看出，高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂聚合交联成三维蜂窝状骨架结构，而骨架结构之上形成了微纳米二元复合结构，通常认为微纳米二元复合粗糙结构与低表面能物质是得到超疏水材料所必需的两个条件，这些特点共同赋予了该涂层超疏水的性能。
图2和图3为本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料宏观照片，从图2可以看出制备的超疏水材料为白色，从图3可以看出超疏水表面上的水滴呈现球形。
图4为测量得出本发明实施例1制备的耐磨耐久超疏水材料的水接触角为157°，说明制备的材料为超疏水材料。
图9本发明实施例1和实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料的耐磨性的测试，耐磨损测试是将超疏水材料放在600#砂纸，同时加200g的砝码进行打磨，从图9可以看出制备的超疏水材料经过200cm的磨损后，水接触角依旧大于150°。
图10和图11是本发明实施例1和实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料耐久性的测试，从图10和图11可以看出在不同的pH和不同温度下水两种实施例的接触角依旧大于150°。说明实施例1制备的超疏水材料均具有耐久性和耐候性。
实施例2
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将1g环氧树脂、3g高岭土颗粒、1g聚四氟乙烯粉末加入到10mL无水乙醇中，300W下超声分散20min，室温下900r/min搅拌2h得到混合乳液；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入0.2mL改性剂全氟癸基三乙氧基硅烷，在室温下900r/min连续搅拌2h得到改性后的乳状混合液；
步骤三、取1g聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下900r/min连续搅拌1h得到预固化混合乳液；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液喷涂于玻璃基底上，然后将涂覆有混合乳液的玻璃基底在室温下干燥固化24h，得到耐磨耐久性超疏水材料。
图5是本实施例制备的耐磨耐久性超疏水材料的扫描电镜图，从图5中可以看出，高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂聚合交联成三维蜂窝状骨架结构，而骨架结构之上形成了微纳米二元复合结构，通常认为微纳米二元复合粗糙结构与低表面能物质是得到超疏水材料所必需的两个条件，这些特点共同赋予了该涂层超疏水的性能。
图6和图7为本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料宏观照片，从图6可以看出制备的超疏水材料为白色，从图7可以看出超疏水表面上的水滴呈现球形。
图8为测量得出本发明实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料的水接触角为160°，说明制备的材料为超疏水材料。
图9本发明实施例1和实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料的耐磨性的测试，耐磨损测试是将超疏水材料放在600#砂纸，同时加200g的砝码进行打磨，从图9可以看出制备的超疏水材料经过200cm的磨损后，水接触角依旧大于150°。
图10和图11是本发明实施例1和实施例2制备的耐磨耐久超疏水材料耐久性的测试，从图10和图11可以看出在不同的pH和不同温度下水两种实施例的接触角依旧大于150°。说明实施例1和实施例2制备的超疏水材料均具有耐久性和耐候性。
实施例3
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将1g环氧树脂、3g高岭土颗粒、1g聚四氟乙烯粉末加入到10mL无水乙醇中，300W下超声分散20min，室温下1000r/min搅拌2h，得到混合乳液；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入0.2mL改性剂全氟癸基三乙氧基硅烷，在室温下1000r/min连续搅拌2h，得到改性后的乳状混合液；
步骤三、取1g聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下1000r/min连续搅拌1h，得到预固化混合乳液；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液滴涂于木质基底上，然后将涂覆有混合乳液的木质基底在室温下干燥固化24h，得到耐磨耐久性超疏水材料。
参见图12和图13，可以看出制备的超疏水材料为白色，超疏水表面上的水滴呈现球形。
实施例4
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将1g环氧树脂、3g高岭土颗粒、1g聚四氟乙烯粉末加入到10mL无水乙醇中，300W下超声分散20min，室温下1000r/min搅拌2h，得到混合乳液；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入0.2mL改性剂全氟癸基三乙氧基硅烷，在室温下1000r/min连续搅拌2h，得到改性后的乳状混合液；
步骤三、取1g聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下1000r/min连续搅拌1h，得到预固化混合乳液；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液用浸渍提拉法涂于不锈钢管状基底上，然后将涂覆有混合乳液的不锈钢管状基底在室温下干燥固化24h，得到耐磨耐久性超疏水材料。
参见图14和图15，可以看出制备的超疏水材料为白色，超疏水表面上的水滴呈现球形。
实施例5
步骤一、将环氧树脂、聚四氟乙烯粉末与干燥好的高岭土颗粒加入到无水乙醇中，300W下超声10min后在800r/min下搅拌2h，得到混合乳液；其中，环氧树脂与无水乙醇的比为1g：8mL；环氧树脂、高岭土颗粒和聚四氟乙烯按照质量比为09:3.1:0.9；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入改性剂，在室温下在800r/min下连续搅拌2h，得到改性后的乳状混合液；其中，高岭土和改性剂的比为3g：0.2mL；改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷。
步骤三、将聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下在800r/min下连续搅拌1-2h，得到预固化混合乳液；其中，聚酰胺树脂和环氧树脂的质量比为0.8:1；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液涂覆于基底上，然后将涂覆有混合乳液的基底在室温下干燥固化24h以上，得到耐磨耐久性超疏水材料。
实施例6
步骤一、将环氧树脂、聚四氟乙烯粉末与干燥好的高岭土颗粒加入到无水乙醇中，300W下超声5min后在1000r/min下搅拌1h，得到混合乳液；其中，环氧树脂与无水乙醇的比为1g：12mL；环氧树脂、高岭土颗粒和聚四氟乙烯按照质量比为1.1:2.9:1.1；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入改性剂，在室温下在1000r/min下连续搅拌1h，得到改性后的乳状混合液；其中，高岭土和改性剂的比为3g：0.25mL；改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷。
步骤三、将聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下在1000r/min下连续搅拌1-2h，得到预固化混合乳液；其中，聚酰胺树脂和环氧树脂的质量比为0.9:1；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液涂覆于基底上，然后将涂覆有混合乳液的基底在室温下干燥固化24h以上，得到耐磨耐久性超疏水材料。

Claims (4)

1.一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将环氧树脂、高岭土与聚四氟乙烯粉末加入到无水乙醇中，超声后搅拌均匀，得到混合乳液；其中，环氧树脂、高岭土和聚四氟乙烯按照质量比为(0.9-1.1):(2.9-3.1):(0.9-1.1)；环氧树脂为E51-618环氧树脂；环氧树脂与无水乙醇的比为1g：8-12mL；
步骤二、在搅拌条件下向步骤一得到的混合乳液中加入改性剂，在室温下连续搅拌均匀，得到改性后的乳状混合液；其中，高岭土和改性剂的比为3g：0.2～0.25mL；改性剂为全氟癸基三乙氧基硅烷；
步骤三、将聚酰胺树脂加入改性后的乳状混合液，在室温下连续搅拌均匀，得到预固化混合乳液；其中，聚酰胺树脂和环氧树脂的质量比为(0.8-1):1；
步骤四、将步骤三得到的预固化混合乳液涂覆于基底上，然后将涂覆有混合乳液的基底在室温下干燥固化24h以上，得到耐磨耐久性超疏水材料，该超疏水材料接触角可达160°，具有耐久性和耐候性。
2.根据权利要求1所述的一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，其特征在于，步骤一中，超声的功率为300W，时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述的一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，其特征在于，步骤一中，搅拌的转速为800-1000r/min，时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种以高岭土、聚四氟乙烯和环氧树脂为原料的耐磨耐久超疏水涂料的制备方法，其特征在于，步骤二和步骤三中，搅拌时间均为1-2h。
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