本發(fā)明涉及超疏水涂層，具體為一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、受啟發(fā)于荷葉效應(yīng)，人們發(fā)現(xiàn)超疏水表面具備良好的自清潔、油水分離、防冰霧和防腐等特性，因此近年來超疏水材料備受關(guān)注。制備超疏水表面的關(guān)鍵在于構(gòu)建精細(xì)的疏水性微納米結(jié)構(gòu)，然而正是這精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)，使其容易遭受外界破壞，失去超疏水能力，這也是制約其應(yīng)用的最重要的難題。

2、耐磨型超疏水涂層是一種特殊的材料，它不僅具有超疏水性能，降低水珠的粘附性，而且還具有優(yōu)異的耐磨性，能夠抵抗日常使用中的磨損。這種材料在自清潔、防結(jié)冰、減阻等多種應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。研究人員一直在探索提高超疏水涂層的耐磨性的方法。例如，通過在涂層中加入特殊的納米材料，如二氧化鈰（ceo2）等，可以提高涂層的耐磨性以及耐溫、耐化學(xué)腐蝕等性能。此外，通過優(yōu)化涂層的微納米結(jié)構(gòu)，也能在一定程度上增強(qiáng)其耐磨性能。

3、超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)極易受到外界破壞，僅僅是稍強(qiáng)的風(fēng)也能摧毀這種微納結(jié)構(gòu)。目前，用于改善超疏水表面機(jī)械耐久性的方法大概有以下幾種：1、微結(jié)構(gòu)保護(hù)法；2、自修復(fù)型表面法；3、粘結(jié)劑保護(hù)法。如中國(guó)發(fā)明專利cn202310123571.3公開了一種超耐磨耐候仿貝殼結(jié)構(gòu)的超疏水涂層及其制備方法，其具體方案為將醇酸樹脂、丙烯酸和四氟樹脂、硅烷偶聯(lián)劑和其他填料混合為底漆，表面噴涂hmds改性納米二氧化硅分散液為面漆，經(jīng)底面多層復(fù)合得到耐磨超疏水表面。中國(guó)發(fā)明專利cn202111095677.4公開了一種耐磨耐腐蝕超疏水復(fù)合涂層及其制備方法，以硅烷偶聯(lián)劑kh560改性云母/二氧化硅復(fù)合粉體，輔以環(huán)氧樹脂和溶劑，得到耐磨超疏水表面。中國(guó)發(fā)明專利cn202311312130.4公開了一種高耐磨、耐水沖擊的超疏水涂料制備方法，其采用納米二氧化硅分散液和丙烯酸樹脂混合硅烷偶聯(lián)劑和溶劑制備出，能用1.2m高度，300ml水流沖擊10次以上的耐磨超疏水涂層。

4、雖然現(xiàn)有技術(shù)中制備耐磨型超疏水涂層的方法已有很多，也作出了很多性能改良，但依舊存在缺陷，主要表現(xiàn)在現(xiàn)有的耐磨型超疏水涂層普遍工藝復(fù)雜，施工條件苛刻，成本昂貴，且維護(hù)成本高，很難實(shí)現(xiàn)大面的制備，從而制約了耐磨型超疏水涂層進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的耐磨型超疏水涂層工藝復(fù)雜，施工條件苛刻，成本昂貴，且維護(hù)成本高，很難實(shí)現(xiàn)大面的制備的問題，提供了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、施工方便且表面耐磨性好，耐久性強(qiáng)的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、step1.將底漆原料混合分散均勻，并將其噴涂在基材表面；

5、step2.將面漆原料混合分散均勻，待底漆涂層表干后，將混合分散均勻的面漆原料噴涂在底漆上，室溫固化；

6、其中，所述底漆原料包括乙烯基樹脂、有機(jī)硅樹脂、無機(jī)填料、溶劑，固化劑和助劑；所述面漆原料包括超疏水改性的納米二氧化硅，有機(jī)硅樹脂和溶劑；且所述超疏水改性的納米二氧化硅至少包含兩種粒徑粒子。

7、進(jìn)一步地，所述底漆原料包括：20%乙烯基樹脂、10%~20%有機(jī)硅樹脂、15%~35%無機(jī)填料，余量的溶劑a1，固化劑和助劑，按重量百分比計(jì)。

8、進(jìn)一步地，所述無機(jī)填料包括無機(jī)填料b1和無機(jī)填料b2，所述無機(jī)填料b1為20~50μm粒徑的空心玻璃微珠，所述無機(jī)填料b2為100~150μm粒徑的空心玻璃微珠。

9、進(jìn)一步地，所述無機(jī)填料包括：5%~10%的無機(jī)填料b1和10%~25%的無機(jī)填料b2，按重量百分比計(jì)。

10、進(jìn)一步地，所述耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的面漆與底漆是相互鑲嵌式結(jié)構(gòu)，且所述面漆與底漆形成從大微米結(jié)構(gòu)c1，微米結(jié)構(gòu)c2到納米結(jié)構(gòu)c3的多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)。

11、進(jìn)一步地，所述大微米結(jié)構(gòu)c1乳突間距為50~150μm，微米結(jié)構(gòu)c2乳突間距為1~5μm，納米結(jié)構(gòu)c3粒子間距為10~1000nm。

12、進(jìn)一步地，所述面漆原料包括：10~20%有機(jī)硅樹脂，30~50%的超疏水改性納米二氧化硅，2~4%有機(jī)錫類催化劑和余量溶劑，按重量百分比計(jì)；所述納米二氧化硅的粒徑為10~1000nm。

13、進(jìn)一步地，所述面漆原料包括：15~20%有機(jī)硅樹脂，30~50%的超疏水改性納米二氧化硅，2~4%有機(jī)錫類催化劑和余量溶劑，按重量百分比計(jì)。

14、進(jìn)一步地，所述超疏水改性納米二氧化硅的制備方法包括：

15、將醇類溶劑，堿性催化劑，硅酸酯，依次加入反應(yīng)器中，升溫至60±10℃后恒溫，分為兩份，分別反應(yīng)24h與72h，抽濾烘干后得到兩種粒徑的未改性納米二氧化硅；取烘干的兩種粒徑的納米二氧化硅混合醇類溶劑和酯類溶劑，加入分子量在500~5w之間的聚硅氧烷，在80±5℃下反應(yīng)5±0.5h，得到包含兩種粒徑粒子的超疏水納米二氧化硅。

16、一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層，包括涂布于基材表面的底漆以及附著在底漆上的面漆；所述耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備過程包括如上所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、1.本發(fā)明的超疏水涂層制備方法簡(jiǎn)單易操作，方便大面積推廣應(yīng)用，且其水靜態(tài)接觸角能達(dá)到160°，滾動(dòng)角小于5°，耐5m/s（6l/min）水流沖擊20min以上，能適用于多種基材表面，有效提高其表面自清潔和防腐性能，延長(zhǎng)基材使用壽命，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的耐磨型超疏水涂層工藝復(fù)雜，施工條件苛刻，成本昂貴，且維護(hù)成本高，很難實(shí)現(xiàn)大面的制備的問題；

19、2.本發(fā)明的超疏水涂層還依靠面漆中不同粒徑的超疏水納米粒子的特性，形成“微米-納米”的分級(jí)結(jié)構(gòu)，再通過兩種不同粒徑的無機(jī)填料配合，進(jìn)一步形成“大微米-微米-納米”的多級(jí)微納結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了多層級(jí)的長(zhǎng)期有效的保護(hù)機(jī)制，從而提高了超疏水涂層整體的耐磨性和疏水能力；

20、3.本發(fā)明還利用底漆中的有機(jī)硅樹脂配合固化劑，固化交聯(lián)形成柔性基底，能有效減緩?fù)饨鐩_擊，減少超疏水納米粒子的損失；

21、4.本發(fā)明還利用面漆中的改性納米二氧化硅顆粒具備與面漆和底漆同時(shí)產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)的能力，能有效避免改性納米二氧化硅顆粒脫落導(dǎo)致的涂層失效。

技術(shù)特征：

1.一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述底漆原料包括：20%乙烯基樹脂、10%~20%有機(jī)硅樹脂、15%~35%無機(jī)填料，余量的溶劑a1，固化劑和助劑，按重量百分比計(jì)。

3.如權(quán)利要求1所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)填料包括無機(jī)填料b1和無機(jī)填料b2，所述無機(jī)填料b1為20~50μm粒徑的空心玻璃微珠，所述無機(jī)填料b2為100~150μm粒徑的空心玻璃微珠。

4.如權(quán)利要求3所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)填料包括：5%~10%的無機(jī)填料b1和10%~25%的無機(jī)填料b2，按重量百分比計(jì)。

5.如權(quán)利要求3所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的面漆與底漆是相互鑲嵌式結(jié)構(gòu)，且所述面漆與底漆形成從大微米結(jié)構(gòu)c1，微米結(jié)構(gòu)c2到納米結(jié)構(gòu)c3的多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)。

6.如權(quán)利要求5所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述大微米結(jié)構(gòu)c1乳突間距為50~150μm，微米結(jié)構(gòu)c2乳突間距為1~5μm，納米結(jié)構(gòu)c3粒子間距為10~1000nm。

7.如權(quán)利要求1所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述面漆原料包括：10~20%有機(jī)硅樹脂，30~50%的超疏水改性納米二氧化硅，2~4%有機(jī)錫類催化劑和余量溶劑，按重量百分比計(jì)；所述納米二氧化硅的粒徑為10~1000nm。

8.如權(quán)利要求7所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述面漆原料包括：15~20%有機(jī)硅樹脂，30~50%的超疏水改性納米二氧化硅，2~4%有機(jī)錫類催化劑和余量溶劑，按重量百分比計(jì)。

9.如權(quán)利要求1所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法，其特征在于，所述超疏水改性納米二氧化硅的制備方法包括：

10.一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層，其特征在于，包括涂布于基材表面的底漆以及附著在底漆上的面漆；所述耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備過程包括如權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述的耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層的制備方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層及其制備方法，涉及超疏水涂層技術(shù)領(lǐng)域。該耐磨型多維微納結(jié)構(gòu)超疏水涂層包括：涂布于基材表面的底漆以及附著在底漆上的面漆；其制備方法包括：Step1.將底漆原料混合分散均勻，并將其噴涂在基材表面；Step2.將面漆原料混合分散均勻，待底漆涂層表干后，將混合分散均勻的面漆原料噴涂在底漆上，室溫固化；其中，所述底漆原料包括乙烯基樹脂、有機(jī)硅樹脂、無機(jī)填料、溶劑，固化劑和助劑；所述面漆原料包括超疏水改性的納米二氧化硅，有機(jī)硅樹脂和溶劑；且所述超疏水改性的納米二氧化硅至少包含兩種粒徑粒子；本發(fā)明的超疏水涂層工藝簡(jiǎn)單、施工方便且表面耐磨性好，耐久性強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：張穎君,李譚謀,李明田,呂艷德,婁三鋼,江擁,沈長(zhǎng)靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川輕化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26