[发明专利]超疏水性涂层用水性涂料

说明书

技术领域

本发明属于功能性纳米材料应用技术领域，主要涉及一种新型超疏水涂料及其制备方法。

背景技术

浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成（表面能）和微观几何结构共同决定的（粗糙度）。近年来, 超疏水性表面引起了人们的普遍关注,它在人们的日常生活和工业生产中都起到了非常重要的作用。对于超疏水表面的认识主要来自人们对植物叶表面的自清洁效果，人们通过观察植物叶表面的微观结构，认为这种自清洁的特征是由糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的。超疏水表面是一粗糙表面，具有凹槽和突起结构。液体与其接触时，每个凹槽内截留有空气，导致水无法渗透入凹槽内，即水无法完全接触超疏水表面，从而能够减少水在超疏水表面流动的阻力。通过对植物叶表面的分析，很多研究者展开了超疏水表面的研制。通常，接触角大于150°的超疏水性表面可以通过化学和微观几何处理的方法来制备。一般来说, 化学方法是在粗糙表面上修饰低表面能的物质（氟化物），而几何处理是在疏水材料(接触角大于90°) 表面构建粗糙结构。

另一方面，基于超疏水表面的疏水性，应用于流体减阻方面具有非常独特的优势。由于流体减阻导致能量损失的降低和总体系统效率的提高，使得减阻技术受到了越来越多的关注和重视。在层流中，平板所受的阻力主要是水的内摩擦阻力，它与流体密度、相对速度、平板面积、平板长、流动粘度系数有关。而在船舶航行中，其摩擦耗能有50%以上主要来自于底面与水的表面摩擦阻力。因此，通过将超疏水性涂料涂在船底表面，构建超疏水表面，能够减少底面与水的接触面积，明显提高速度，从而可以达到快速、节能的目的。近几年，虽然疏水涂料已广泛应用于现代工业的诸多方面，然而这些传统的疏水涂料以有机溶剂占统治地位，不利于环境保护和国家节能减排政策的推行，而如何开发一种利于环保，降低成本的环保型超疏水性涂层用水性涂料就显得尤为重要。

发明内容

基于水性涂料本身成本低，易于环保和贮存的特点，本发明目的在于提供一种水性新型超疏水涂料。

为实现本发明目的，本发明采用PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为稳定剂，将疏水性SiO₂纳米粒子（NPs）分散于乙醇/水的混合溶剂中，制得水性新型超疏水涂料。其各组分重量百分比如下：聚乙烯吡咯烷酮（PVP）  0.2%-0.5%;

SiO₂纳米粒子  1.5%-2.0%;

无水乙醇    41%-46%;

去离子水.    余量。

各组分重量百分比优选如下：

聚乙烯吡咯烷酮  0.2%-0.3%;

SiO₂纳米粒子  1.5%-2.0%;

无水乙醇    42%-44%;

去离子水   余量。

本发明创新点在于：采用PVP（聚乙烯吡咯烷酮）作为稳定剂，将疏水性SiO₂纳米粒子分散于乙醇与水的混合溶剂中，在得到稳定分散体系的同时，有效地改善了所形成涂层的表面疏水性。在实验过程中，考察了乙醇/水的不同质量比例对疏水性纳米粒子在溶剂中的分散稳定性以及形成涂层的疏水性的影响，最终确定无水乙醇添加量为41%-46%，水占溶剂比例为50%以上。

与现有有机溶剂超疏水涂料相比，本发明优点在于：产品所选用的配方绿色环保，乙醇毒性低，PVP也具有可食用性。同时，将其制成涂层，涂层均匀，水滴接触角达到150^o以上，具有很好的超疏水性能，并且涂饰后的涂层耐磨、不易污染、使用寿命长。制备方法简单，制作周期短，利于环保。

附图说明

图1 为本发明有机相占混合溶剂含量与接触角的关系；

图2为本发明实施例2制得的疏水涂料涂饰的涂层表面水滴接触角；

图3为本发明实施例2制得的疏水涂料涂饰的涂层表面水滴静置图；

图4 为本发明实施例2制得的疏水涂料涂饰的涂层表面。

具体实施方式

为对本发明进行更好地说明，举实施例如下：

实施例1