CN109836052A - 一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，具体是将带有正电荷的聚合物微球分散液与带有负电荷的二氧化硅溶胶进行共混，借助静电自组装作用构建具有木莓结构的聚合物/二氧化硅复合粒子.聚合物/二氧化硅复合粒子分散液可以在玻璃表面成膜，成膜后经硅烷偶联剂疏水处理即可获得接触角大于150°的超疏水涂层，此涂层具有成膜均匀、疏水性好、粘结强度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于功能涂料技术领域，具体涉及到一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法。
背景技术
超疏水涂层具有自清洁的特点，常用于玻璃或金属表面以防止外界污染.超疏水涂层的构筑方法主要有两种，一种是利用化学改性法构建低表面能涂层，利用涂层的低极性降低水的附着力，达到超疏水的目的.另外一种是在涂层表面构筑仿生结构如荷叶结构等，降低水滴与涂层之间的作用面积，进而减小水滴与涂层之间的附着力，达到结构型超疏水.目前，超疏水涂层已应用于海洋防腐、原油输送、高层玻璃自清洁等领域，在社会和经济发展中起到了越来越大的作用.但是，尽管超疏水涂层具有上述优点，但却具有制备价格高、使用不方便、与涂层表面结合力低等特点.如申请号为201810981040.7采用气相沉淀法利用沉积的氟化碳构筑致密涂层表面，进而降低表面涂层表面能，达到超疏水目的.但此方法工艺复杂，成本高，不利于大规模工业化应用. 201510661330. X采用化学改性的二氧化硅与涂料进行共混，进而借助疏水的二氧化硅来改善涂层的疏水能力，尽管此方法操作简单，但效果一般，且二氧化硅经过超疏水改性后表面能低，很在水性涂料中混合均匀，因此应用受限.鉴于目前超疏水涂层构筑过程出现的一系列问题，本发明提出了一种简单、高效制备超疏水涂层的方法，结合化学改性和构建仿生结构的双重特点，从本质上提高涂层的超疏水性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有超疏水涂层构筑方法复杂、成本高、附着力差的缺点.
本发明为解决技术问题，提出采用正电荷的聚合物微球与带负电的二氧化硅粒子在分散相中通过自组装方法构造出具有木莓结构的聚合物/二氧化硅复合粒子，利用此木莓结构的复合粒子在玻璃表面成膜构建具有疏水性质的特殊结构.并采用硅烷偶联剂进行疏水层表面超疏水化处理，达到制备超疏水涂层的目的.其具体实施步骤如下：
（1）以质量份计，将聚合物微球分散液中的微球质量设定为100份.将1～10份稳定剂溶解于微球分散液中，再向溶有稳定剂的微球分散液中缓慢加入5～30份质量分数为40wt%的二氧化硅溶胶，混合搅拌20～150分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合微球分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆硅烷偶联剂溶液疏水剂溶液，60～150℃烘干后即可获得超疏水涂层.
本发明中，所述的单分散聚合物微球的粒子尺寸为200nm～5μm，所带电荷要求为正电荷，优选电位值为30～60mV.
本发明中，所述的聚合物微球材质为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及含有上述成分的共聚物微球.
本发明中，所述的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、烷基酚聚氧乙烯醚类乳化剂、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚类乳化剂、脂肪酸聚氧乙烯酯类乳化剂、脂肪酸甲酯乙氧基化物乳化剂、聚丙二醇的环氧乙烷加成物乳化剂、聚氧乙烯化的离子型乳化剂、失水山梨醇酯类乳化剂、烷基醇酰胺型乳化剂中的一种或几种.
本发明中，所述的纳米二氧化硅颗粒的尺寸为10～200nm，所带电荷要求为带负电，优选电位值为-60～-30mV.
本发明中，所述的硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二十烷基三甲氧基硅烷、二十二烷基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷以及十七氟癸基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂的一种或几种.
本发明的有益效果在于：
利用聚合物微球与二氧化硅粒子之间的静电作用将二氧化硅粒子自组装在聚合物微球表面，构筑木莓结构的聚合物/二氧化硅复合粒子.利用木莓结构的粒子在玻璃表面成膜形成超疏水型结构，进而又在其表面疏水化处理，达到了结构疏水和化学疏水的双重目的.发明中所选用的原料成本低，且均为环保产品，安全无毒，且由于极性作用木莓结构的粒子与玻璃附着力较强，不易脱落.
附图说明：
图1为本发明实施例1所获得的木莓结构.
图2为水滴在实施例1获得涂层上的静态接触角图片.
图3为水滴在对照例1获得涂层上的静态接触角图片.
实施例1：
（1）将0.1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g质量分数为5wt%且微球尺寸为900nm的聚苯乙烯分散液中，再向微球分散液中缓慢加入2.5g质量分数为40wt%尺寸为20nm的二氧化硅溶胶，混合搅拌60分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合粒子分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆十七氟癸基三甲氧基硅烷疏水剂溶液，140℃烘干后即可获得超疏水涂层.
实施例2：
（1）将0.1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g质量分数为5wt%且微球尺寸为900nm的聚苯乙烯分散液中，再向微球分散液中缓慢加入2g质量分数为40wt%尺寸为20nm的二氧化硅溶胶，混合搅拌60分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合粒子分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆十七氟癸基三甲氧基硅烷疏水剂溶液，140℃烘干后即可获得超疏水涂层.
实施例3：
（1）将0.1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g质量分数为5wt%且微球尺寸为900nm的聚苯乙烯分散液中，再向微球分散液中缓慢加入4g质量分数为40wt%尺寸为50nm的二氧化硅溶胶，混合搅拌60分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合粒子分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆十七氟癸基三甲氧基硅烷疏水剂溶液，140℃烘干后即可获得超疏水涂层.
实施例4：
（1）将0.1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g质量分数为5wt%且微球尺寸为900nm的聚苯乙烯分散液中，再向微球分散液中缓慢加入2.5g质量分数为40wt%尺寸为20nm的二氧化硅溶胶，混合搅拌60分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合粒子分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆十八烷基三甲氧基硅烷疏水剂溶液，140℃烘干后即可获得超疏水涂层.
实施例5：
（1）将0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶解于100g质量分数为5wt%且微球尺寸为1μm的聚苯乙烯分散液中，再向微球分散液中缓慢加入2.5g质量分数为40wt%尺寸为20nm的二氧化硅溶胶，混合搅拌60分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
（2）用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合粒子分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
（3）将上述获得的疏水涂层表面喷覆十八烷基三甲氧基硅烷疏水剂溶液，140℃烘干后即可获得超疏水涂层.
对照例1：
（1）直接将100g质量分数为5wt%且微球尺寸为900nm的聚苯乙烯分散液用于成膜，使用玻璃片将分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀.
（2）将上述获得的涂层在140℃下烘干后即可获得对照涂层.
为清楚地表示出5个实施例与对照例1的产品疏水性能，以下面表格形式列出测试结果.
表1 测试结果
Claims (6)
1.一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其步骤包括：
以质量份计，将聚合物微球分散液中的微球质量设定为100份.将1～10份稳定剂溶解于微球分散液中，再向溶有稳定剂的微球分散液中缓慢加入5～30份质量分数为40wt%的二氧化硅溶胶，混合搅拌20～150分钟构筑聚合物/二氧化硅复合粒子分散液.
用玻璃片将聚合物/二氧化硅复合微球分散液反复提拉成膜构筑涂层使其玻璃表面全覆盖且薄厚均匀，干燥后即可获得疏水涂层.
将上述获得的疏水涂层表面喷覆硅烷偶联剂疏水剂溶液，60～150℃烘干后即可获得超疏水涂层。
2.在一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其特征在于：所述的单分散聚合物微球的粒子尺寸为200nm～5μm，所带电荷要求为正电荷，优选电位值为30～60mV。
3.一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其特征在于：所述的聚合物微球材质为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及含有上述成分的共聚物。
4.一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其特征在于：所述的稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、烷基酚聚氧乙烯醚类乳化剂、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚类乳化剂、脂肪酸聚氧乙烯酯类乳化剂、脂肪酸甲酯乙氧基化物乳化剂、聚丙二醇的环氧乙烷加成物乳化剂、聚氧乙烯化的离子型乳化剂、失水山梨醇酯类乳化剂、烷基醇酰胺型乳化剂中的一种或几种。
5.一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其特征在于：所述的纳米二氧化硅颗粒的尺寸为10～200nm，所带电荷要求为带负电，优选电位值为-60～-30mV。
6.一种聚合物基超疏水涂层的构筑方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二十烷基三甲氧基硅烷、二十二烷基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷以及十七氟癸基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂的一种或几种。
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