[发明专利]耐磨超疏水纳米二氧化钛涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层的制备方法，具体涉及一种耐磨超疏水纳米二氧化钛涂层的制备方法。

背景技术

目前对于金属腐蚀大多采用涂层防护的手段，当前所采用的涂层其主要成分仍然为树脂 类物质。目前树脂的发展很快，各种性能优越的树脂不断涌现，在一定程度上延长了涂层的 使用寿命，但是在腐蚀因素较复杂的环境下，如在潮湿的腐蚀环境中，涂层容易发生起泡现 象，在紫外线照射严重的环境中，树脂容易发生粉化现象等。近些年超疏水材料由于其独特 的性能引起了科研工作者的大力关注，超疏水材料由于有着较低的表面自由能，对水有着极 强排斥力。因此其在自清洁、减阻、防水、防覆冰等领域有着广阔的应用前景，是目前功能 材料界研究的热点之一。鉴于超疏水涂层的特殊性能，目前对于超疏水涂层在金属腐蚀防护 领域的研究越来越广泛，很多科学家探索各种方法来制备超疏水涂层，已经形成了一系列的 制备工艺手段。制备超疏水涂层的本质相同，可以归结为以下两点：1、涂层表面具有特定的 微纳米结构；2、涂层表面具有很低的表面自由能。目前常规的制备方法有两种：一是在基材 (表面自由能较高的材料)上先构筑微纳米粗糙结构，然后用低表面能物质进行表面修饰； 二是在表面能低的物质上直接构筑微纳米粗糙表面。

通过上述两种方法制备的超疏水涂层耐磨性、耐久性很差，表面的粗糙结构和修饰剂极 易遭到破坏，从而使得涂层丧失疏水性能，这样的涂层疏水性能一旦遭到破坏，反而会加快 涂层的破坏，加速金属基材的腐蚀。这也是目前超疏水涂层不能够得到广泛实际应用的主要 原因之一。采用低表面能物质对纳米粒子进行表面修饰，能够使纳米粒子表现出优良的超疏 水性能。science上有相关报道：将疏水性纳米二氧化钛粒子溶于酒精制成悬浮液进行涂覆， 干燥后所形成了疏水性能极好的纳米粒子涂层，其最大特点是不用担心微纳米粗糙结构被破 坏，因为整个涂层均是由疏水的纳米颗粒所组成。但这种纳米涂层存在的最大问题是：涂层 的层间附着力尤其是层内结合力较差。因为涂层仅仅是由纳米颗粒堆叠而成，当受到较为强 烈的摩擦时，纳米颗粒极易发生脱落。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种耐磨超疏水纳米二氧化钛涂层的制备方法，采用该方 法所制备得到的涂层，既保证了涂层的超疏水性能，又极大的提高了纳米涂层的层间附着力 和层内结合力。

一种纳米二氧化钛涂层的制备方法，依次包括以下步骤：

a将硅烷偶联剂溶解在乙醇中，加热搅拌反应得到溶液，其中，硅烷偶联剂与乙醇的质 量比为0.5～1:50，加热温度为30～50℃；

b向步骤a所得溶液中加入纳米二氧化钛，搅拌、烘干溶液得疏水纳米二氧化钛粉末， 纳米二氧化钛与乙醇的质量比为0.5～2:10；

c将一定量的树脂和固化剂混合，并向其中加入稀释剂将树脂充分稀释，得稀释液，所 述树脂与固化剂的质量比为1～4:1；

d将步骤b所得纳米二氧化钛粉末加入至步骤c所得稀释液中，超声分散并充分搅拌， 使其中的纳米二氧化钛与树脂充分接触，得悬浮液，纳米二氧化钛粉末的加入量为树脂质量 的10～15倍；

e将步骤d所得悬浮液涂覆在基材上，充分烘干后即得疏水纳米二氧化钛涂层。

上述技术方案中，利用树脂同偶联剂的交联反应制备以疏水性纳米二氧化钛为涂层骨架、 以树脂作为粘结剂制备超疏水纳米涂层，采用高度稀释的树脂作为纳米粒子的分散剂，借助 于树脂的粘结力将纳米颗粒粘结在一起，由于树脂的用量选取得当，既保证了涂层的超疏水 性能，又极大的提高了纳米涂层的层间附着力和层内结合力。

上述方案的反应机理如下：

(1)硅烷偶联剂(以三甲氧基硅烷为例)的水解机理如下：

①与硅相连的三个X基水解成相应的硅醇

R-Si(OH)₃+3H₂O→R-Si(OH)₃+3CH₃OH

②硅醇缩合成齐聚物

(2)硅烷偶联剂对TiO₂进行表面改性的机理如下：

(3)环氧树脂固化交联(以含一个氨基的固化剂为例)的机理如下：

①

②