一种超疏水-超亲水转换涂料

摘要

本发明公开了一种超疏水-超亲水转换涂料。该涂料含有粘结剂、填料以及混合溶剂。粘结剂采用聚四氟蜡，填料采用氟化碳纳米管，混合溶剂采用丙酮和乙酸乙酯。涂料具有随喷涂方法变化有超疏水转换为超亲水的特殊性能。涂料可以用在建筑物、玻璃、天线等产业，可以根据不同需要调节材料表面的润湿性。

说明书

技术领域

本发明叙述了一种超疏水-超亲水转换涂料，它适用于对润湿性有不同要求的多种固体表面，可以应用于石油、化工等领域，属于功能材料领域。

背景技术

由于超疏水表面在室外天线、外墙涂料、轮船、生物医疗器械、汽车挡风玻璃等领域都具有广泛的应用前景，近年来，对于超疏水材料的研究无论从研究领域还是制备方法都有较大的扩展。对于超疏水性质的深入研究极大地增强了人们对材料表面润湿性能的调控能力，甚至实现了表面超亲水-超疏水行为间的任意控制。一般通过表面设计时加入功能性的聚合体实现材料表面性质对某一控制参数的响应，比如光照、电场、热处理、溶剂处理等。由此可见，表面功能材料的修饰可以引起浸润性的改变，而表面粗糙结构则可以放大这种改变，二者的协同作用实现了这种刺激响应的表面浸润性。

要使表面功能材料在实际工农业生产及日产生活中真距使用，超疏水-超亲水材料表面的制备是关键，也是基础。近年来发展了一些的超疏水-超亲水转换表面制备技术，如溶胶-凝胶法、表面修饰、电化学润湿、聚电解质交替沉积、化学刻蚀等。目前国外的超疏水-超亲水转换表面制备技术处于领先地位，国内对超疏水-超亲水转换表面的研究和开发的时间较短，尤其对于超疏水-超亲水转换涂料开发较少。Jiang Lei等(美国发明专利申请号20070173179)公开了一种制备表面润湿性可改变的聚合物材料的方法。该方法通过用不同粗糙度的砂纸，经过对聚合物表面进行不同次数的打磨，从而改变聚合物固体表面粗糙度以达到聚合物表面水接触角的改变。通过控制聚合物固体表面粗糙度，可以得到疏水、亲水、超疏水、超亲水等不同润湿性的固体表面。上述制备方法较为简单，但根据对表面化学成分的要求，所用固体聚合物受到限制；因此发明一种制备方法简单，适用性较强的涂料并通过简单的技术制备润湿性可变表面是非常必要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备方法简单，具有较好性能的超疏水-超亲水转换涂料。

本发明的超疏水-超亲水转换涂料，含有粘结剂、填料、混合溶剂。粘结剂采用聚四氟蜡，填料采用氟化碳纳米管，混合溶剂采用丙酮和乙酸乙酯。

一种超疏水-超亲水转换涂料，以质量份数计，含有氟化碳纳米管50份，聚四氟蜡150-200份，混合溶剂800-1000份；其中混合溶剂由丙酮和乙酸乙酯组成，丙酮与乙酸乙酯的质量比为1∶0.8-1。

本发明所用氟化碳纳米管是通过酯化反应用全氟辛酸表面改性得到的氟化碳纳米管，氟化碳纳米管直径为30-50纳米，长度约为50微米。

氟化碳纳米管的制备方法参考中国专利申请“聚四氟乙烯纳米微球的制备方法”(200710188579.9)。具体制备方法是将羟基化碳纳米管和全氟辛酸进行混合加入到N，N’-二甲基甲酰胺中，超声分散后，在搅拌中滴加硫酸溶液，进行加热搅拌反应；结束反应后，经水过滤，真空干燥得到氟化碳纳米管。

本发明所用的聚四氟蜡的平均粒径为3-4微米，密度为1.1-1.2g/cm³。

本发明超疏水-超亲水转换涂料的制备方法：将碳纳米管分散到混合溶剂中，搅拌均匀后进行超声处理，最后加入聚四氟蜡，搅拌均匀后制得超疏水超亲水转换涂料。

本发明的超疏水超亲水转换涂料在对材料表面施工时，须对材料表面进行除水，除油，除污和除锈处理。

本发明的超疏水超亲水转换涂料喷涂方法是这样来实现：

1.本涂料搅拌均匀并于0.1-0.2MPa压力下喷涂，喷枪距工件表面不小于20cm，喷枪角度与工件表面成70～90度角度，将涂料喷涂于处理过的工件。

2.涂层的固化工艺：将喷好涂层的工件置于烘箱中，分别于不同温度下固化，根据固化温度的不同，所得涂层在自然冷却后即可获得润湿性不同的表面。

本发明的超疏水-超亲水转换涂料具有随喷涂方法变化有超疏水转换为超亲水的特殊性能。

本发明的优点在于所得涂层稳定性较好，润湿性转换效果较佳；超疏水-超亲水转换涂料可以用在建筑物、玻璃、天线等产业，可以根据不同需要调节材料表面的润湿性。

具体实施方式

实施例1：

氟化碳纳米管                        50克

聚四氟蜡                            150克

混合溶剂(丙酮400克，乙酸乙酯400克)  800克

按本发明所述的比例称取各组分，首先将氟化碳纳米管分散到混合溶剂中，搅拌10分钟后用超声波处理5分钟，最后加入聚四氟蜡混合搅拌均匀后，用喷枪在0.1～0.2MPa气压下喷涂于除水、除油，除锈的钢块表面，将喷好的钢块置于烘箱中于在不同温度下固化1小时，待钢块自然冷却后用5μL的蒸馏水滴于涂层表面，测量其接触角。当固化温度为150-260℃时，其接触角为158-161°，涂层呈现超疏水性能；当固化温度为300-320℃时，其接触角为3-10°，涂层呈现超亲水性能；当固化温度为340-360℃时，其接触角为155-160°，涂层又呈现超疏水性能。

实施例2：

氟化碳纳米管                        50克

聚四氟蜡                            180克

混合溶剂(丙酮500克，乙酸乙酯450克)  950克

按本发明所述的比例称取各组分，首先将氟化碳纳米管分散到混合溶剂中，搅拌10分钟后用超声波处理5分钟，最后加入聚四氟蜡混合搅拌均匀后，用喷枪在0.1～0.2MPa气压下喷涂于除水、除油，除锈的钢块表面，将喷好的钢块置于烘箱中于在不同温度下固化1小时，待钢块自然冷却后用5μL的蒸馏水滴于涂层表面，测量其接触角。当固化温度为150-260℃时，其接触角为160-165°，涂层呈现超疏水性能；当固化温度为300-320℃时，其接触角为5-12°，涂层呈现超亲水性能；当固化温度为340-360℃时，其接触角为157-161°，涂层又呈现超疏水性能。

实施例3：

氟化碳纳米管                        50克

聚四氟蜡                            200克

混合溶剂(丙酮500克，乙酸乙酯500克)  1000克

按本发明所述的比例称取各组分，首先将氟化碳纳米管分散到混合溶剂中，搅拌10分钟后用超声波处理5分钟，最后加入聚四氟蜡混合搅拌均匀后，用喷枪在0.1～0.2MPa气压下喷涂于除水、除油，除锈的钢块表面，将喷好的钢块置于烘箱中于在不同温度下固化1小时，待钢块自然冷却后用5μL的蒸馏水滴于涂层表面，测量其接触角。当固化温度为150-260℃时，其接触角为160-164°，涂层呈现超疏水性能；当固化温度为300-320℃时，其接触角为8-15°，涂层呈现超亲水性能；当固化温度为340-360℃时，其接触角为156-162°，涂层又呈现超疏水性能。