一种可低温固化的超疏水表面及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种可低温固化的超疏水表面及其制备方法。其中，本发明超疏水表面由包含8～10重量份硅橡胶、20～25重量份初级粒子1～2重量份二级粒子、180～200重量份有机溶剂、1～2重量份交联剂以及0.5～1重量份催化剂制得，原料常用易得，成本低，制备方法工艺简单，所得到的超疏水涂层表面可以不需要加热、在较低的温度下反应固化，能适用于不耐高温的基底、基底面积较大或非平面复杂结构的涂层表面的制备。

说明书

技术领域

本发明属于超疏水涂层材料技术领域，具体涉及一种可低温固化 的超疏水表面及其制备方法与应用。

技术背景

通常与水的接触角大于150°同时滚动角小于10°的固体表面被认 为是超疏水表面。超疏水表面以其疏水、自清洁、防污等优良特性备 受关注。这些性能具有广泛的应用价值，如超疏水技术用在船潜艇外 壳上，不但减少了水的阻力，还能达到防污、防腐的功能；用在纺织 品、皮革上还能制成防水防污的服装或皮鞋等；用在石油输送管道内 壁、微量注射器上能防止粘附、堵塞和减少损耗。

虽然目前制备超疏水表面涂层的方法比较多，但是各种技术还难 以解决大面积疏水涂层表面的制备，不少技术存在需要使用复杂的设 备或者高温煅烧等问题，当基底材料为不耐高温的塑料等时，该类制 备技术的应用则受到较大的限制。例如，中国专利申请号为 200810232743.6、发明名称为“一种硅橡胶表面疏水性涂层的制备方 法”公开了一种超水性涂层的制备方法，该发明以正硅酸乙酯为前驱 体，无水乙醇为溶剂，在碱性催化的条件下，制备出二氧化硅溶胶， 并加入硅烷偶联剂，对其进行改性处理；硅胶绝缘子表面清洁处理后， 浸入改性的二氧化硅溶胶中进行提拉法镀膜，形成一次涂层，得到类 似于芋头叶子的微纳米级粗糙结构；干燥后再浸入自制的氟硅烷溶胶 中提拉法二次镀膜，然后放入烘箱中100～120℃热处理。一次涂层 微纳米级粗糙结构经过具有地表面氟硅烷溶胶二次镀膜修饰，得到能 耐酸碱的透明的疏水性涂层。但是该方法需要放在烘箱高温热处理， 所以对于需要大面积处理的表面且不能高温处理的基材不适合用此 方法。

因此，如何通过简单制备工艺获得可低温固化的超疏水表面是亟 待解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种 可低温固化的超疏水表面。

本发明的另一目的在于提供上述超疏水涂层表面的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述超疏水涂层表面的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种可低温固化的超疏水表面，包含以下按重量份计的组分：

其中，所述的硅橡胶为二甲基硅橡胶、二乙基硅橡胶、二苯基硅 橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、 苯醚撑硅橡胶或氟硅橡胶中的一种或至少两种；

所述的初级粒子为聚四氟乙烯粉、聚丙烯粉中的一种或两种；

所述的二级粒子为碳纳米管；

所述的有机溶剂为乙醇、丙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇、丙酮、 乙酸乙酯、醋酸丙酯、环己烷、甲苯、二甲苯、乙醚或石油醚中的一 种或至少两种；

所述的交联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、聚甲基丙 酮肟基硅氧烷或α-ω二羟基聚二甲基硅氧烷中的一种或至少两种；

所述的催化剂为四甲基氢氧化铵、氯铂酸异丙醇、铂-四甲基二 乙烯基二硅氧烷络合物、铂-四甲基四乙烯基环四硅氧烷络合物或二 月硅酸二丁基锡中的一种或至少两种。

上述可低温固化的超疏水表面的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）将8～10重量份硅橡胶作为基体加入到温度为45～50℃的 180～200重量份有机溶剂中，搅拌40～60min后添加20～25重量份 初级粒子，继续搅拌20～30min得到复合物溶液；

（2）将1～2重量份二级粒子、1～2重量份交联剂和0.5～1重 量份催化剂加入到步骤（1）得到的复合物溶液中，超声震荡5～10min 后，搅拌均匀得到超疏水涂层材料；

（3）将步骤（2）得到的超疏水涂层材料涂敷于预处理后的基底 表面，在温度为5～150℃下放置2～5个小时后得到可低温固化的超 疏水表面；

步骤（1）或步骤（2）中所述的搅拌的转速为200r/min～400r/min；

步骤（2）中所述的超声振荡的频率为40KHZ；

步骤（3）中所述的涂覆方式为通过用提拉法、涂刷法或喷枪喷 涂方法；

步骤（3）中所述的基底为铝片、塑料等；

步骤（3）中所述的预处理为在涂覆前将基底进行除水、除油处 理；

步骤（3）中所述的温度优选为15～25℃。

上述可低温固化的超疏水表面在不耐高温、面积较大或非平面复 杂结构基底材料上的应用。

本发明通过优选出几种硅橡胶物质，利用这些硅橡胶能低温固化 的特性并优化整体技术方案，制备出一种在5～150℃的温度范围内 均能实现固化的超疏水涂层表面。当以某些比较特殊的基底材料制备 超疏水涂层时往往会出现制备的超疏水涂层表面不适宜进行烘烤，比 如大型的船体表面、帆布表面等，本发明提供的该超疏水涂层表面则 成功的解决了这类难题，只要把该涂料涂覆与基地材料表面即可制成 超疏水涂层表面，即使是在5℃低温环境下亦能实现涂层表面的固化， 这无疑使将超疏水涂层技术得到更广范围的应用。

本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

（1）本发明的超疏水涂层制备方法工艺简单，原料常用易得， 成本低，采用简单的机械搅拌方法就可以得到超疏水涂层材料，通过 涂刷法、提拉法或喷枪喷涂方法即可得到超疏水涂层，易于实现工业 上的应用。

（2）本发明的超疏水涂层表面可以不需要加热、在较低的温度 下反应固化，因此，能适用于不耐高温的基底、基底面积较大或非平 面复杂结构的涂层表面的制备。

（3）制备的超疏水表面，涂层表面稳定，放在空气中可一直保 持超疏水，接触角最大可以达到160°，滚动角最小可以为4°，具有 良好的自清洁性，较强的适用性。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明 的实施方式不限于此。

实施例1

（1）将8.0g二甲基硅橡胶加入到温度为45℃的200.0g乙醇溶 剂中，在400r/min转速下搅拌60min后加入20.0g聚四氟乙烯粉，于 200r/min转速下继续搅拌30min得到复合物溶液。

（2）将2.0g碳纳米管、1.0gα-ω二羟基聚二甲基硅氧烷和0.50g 二月硅酸二丁基锡加入到步骤（1）所得到的复合物溶液中，超声 （40KHZ）震荡10min后，在400r/min转速下搅拌均匀得到超疏水 涂层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的铝片表面，在温度为25℃反应两个小时后，得到超疏水 涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics（公司 名）SCA20）进行测定，选取5个不同的测试点取其平均值，得到 该涂层表面的接触角为154.2°，其滑动角为7.1°。

实施例2

（1）将10.0g甲基苯基乙烯基硅橡胶加入到温度为50℃的180.0g 异丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20.0g聚四氟乙 烯粉，于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。

（2）将1.0g碳纳米管、2.0g丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和1.0g 四甲基氢氧化铵加入到步骤（1）所得到的复合物溶液中，超声 （40KHZ）震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂 层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的铝片表面，在温度为150℃反应两个小时后，得到超疏水 涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics SCA20） 进行测定，选取5个不同的测试点，得到该涂层表面的接触角为 153.5°，其滑动角为7.6°。

实施例3

（1）将9.0g苯醚撑硅橡胶溶解在45℃的90.0g乙醇和90.0g乙 酸乙酯的混合溶液溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入1.0g 聚苯乙烯粉，并继续磁力搅拌20分钟得到复合物溶液。

（2）将1.0g碳纳米管、2.0g丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和1.0g 铂-四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物加入到步骤（1）所得到的复合物 溶液中，超声（40KHZ）震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀 得到超疏水涂层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的铝片表面，在温度为95℃反应两个小时后，得到超疏水 涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics SCA20） 进行测定，选取5个不同的测试点，得到该涂层表面的接触角为 155.1°，其滑动角为6.8°。

实施例4

（1）将10.0g甲基苯基乙烯基硅橡胶加入到温度为50℃的200.0g 异丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20.0g聚四氟乙 烯粉，于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。

（2）将1.0g碳纳米管、2.0g丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和1.0g 四甲基氢氧化铵加入到步骤（1）所得到的复合物溶液中，超声 （40KHZ）震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂 层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的弯曲塑料表面，在温度为15℃反应两个小时后，得到超 疏水涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics SCA20） 进行测定，选取5个不同的测试点，得到该涂层表面的接触角为 153.5°，其滑动角为7.6°。

实施例5

（1）将8.0g二甲基硅橡胶加入到温度为45℃的200.0g乙醇溶 剂中，在400r/min转速下搅拌40min后加入20.00g聚四氟乙烯粉， 于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。

（2）将2.0g碳纳米管、1.0g正硅酸乙酯和0.5g二月硅酸二丁基 锡加入到步骤（1）所得到的复合物溶液中，超声（40KHZ）震荡5min 后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的铝片表面，在温度为85℃反应两个小时后，得到超疏水 涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4mL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics SCA20） 进行测定，接触角最大可以达到160°，滚动角最小可以为4°。

对比实施例1

（1）将10.0g聚苯基倍半硅氧烷加入到温度为50℃的200.0g异 丙醇溶剂中，在200r/min转速下搅拌40min后加入20.0g聚四氟乙烯 粉，于200r/min转速下继续搅拌20min得到复合物溶液。

（2）将1.0g碳纳米管、2.0g丙烯腈-乙烯基三乙氧基硅烷和1.0g 四甲基氢氧化铵加入到步骤（1）所得到的复合物溶液中，超声 （40KHZ）震荡5min后，在200r/min转速下搅拌均匀得到超疏水涂 层材料。

（3）用涂刷法将步骤（2）所得到的超疏水涂层材料均匀涂于除 水、除油的弯曲塑料表面，在温度为5℃反应两个小时后，得到超疏 水涂层表面。

（4）将步骤（3）所得疏水涂层表面进行疏水性能测定，用4μL 的去离子水滴于涂层表面，用接触角测定仪（德国dataphysics SCA20） 进行测定，选取5个不同的测试点，得到该涂层表面的接触角为 113.7°，其滑动角为29.6°。

从对比实施例可以看出，当将硅橡胶换成聚苯基倍半硅氧烷时， 虽然最终也能在低温下制备出超疏水涂层表面，但是会出现涂层表面 的接触角过小，滚动角过大的问题，该涂层表面满足不了实际应用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不 受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下 所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都 包含在本发明的保护范围之内。