[发明专利]一种耐磨型超憎水涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于疏水材料技术领域，涉及一种耐磨型超憎水涂层材料及其制备方法。

背景技术

自然界中，许多动植物的超憎水表面使它们在生存中有着巨大的优势，例如壁虎的脚，荷叶的表面等，这些特殊的表面结构引发了研究人员的广泛关注。超憎水表面是指静态接触角大于150°，滚动角小于10°的表面，水滴在这种表面上很容易来回滚动，也就使表面具备了自洁净性、抗渗水性、防污性等特点，从而可以达到防结冰、防霜、防污染、防止材料表面与其它物质反应及延长使用寿命的效果。

而人类所生产的大多东西并不具备这种特殊的表面，因而需要通过一些方法使物体表面具备疏水性能。目前制备超憎水表面材料的方法有很多，如叠层沉积、电位电化学沉积、等离子体和激光处理法、纳米铸型等。目前制备超憎水涂层仍存在着一些问题，如制备工艺复杂，制备的超憎水表面层易脱落，或是表面的突起结构易磨损，导致材料表面丧失超憎水性能。因此，急需寻找一种耐磨性好的超憎水涂层材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种耐磨型超憎水涂层材料及其制备方法，并且制备工艺简单，成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种耐磨型超憎水涂层材料，所述涂层材料包括两层，一层为涂覆于基板表面的树脂层，另一层为覆盖在树脂层上面的SiO₂/碳纳米管复合材料，所述涂层材料表面采用氟硅烷修饰，其与水的接触角为157～162°，水滴在其表面的滚动角为2.8～5.6°。

按上述方案，所述基板包括塑料基板、表面涂有聚合物涂料的无机非金属板、铝及其合金基板或玻璃基板。

按上述方案，所述树脂层为环氧树脂或聚氨酯树脂。

按上述方案，所述氟硅烷选自1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(氟硅烷AY43-158E)中的一种，所述采用氟硅烷修饰方法为：将涂覆有树脂层和SiO₂/碳纳米管复合材料的基板浸泡于氟硅烷的乙醇溶液中，随后干燥即可。

按上述方案，所述氟硅烷的乙醇溶液质量浓度为0.5～0.8％。

本发明耐磨型超憎水涂层材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

1)将环氧树脂或聚氨酯树脂稀释至质量浓度为0.5～1％，将所述溶胶涂覆于干净的基板表面得到树脂层；

2)将碳纳米管粉末配制为碳纳米管悬浮液，并在搅拌下逐滴加入正硅酸乙酯，正硅酸乙酯的体积为碳纳米管悬浮液体积的6～8％，反应9～12h后经离心、洗涤、干燥得到SiO₂/碳纳米管复合微球，将其分散于硅烷偶联剂的乙醇溶液中，经超声分散并在室温下搅拌2～4h得到SiO₂/碳纳米管复合微球悬浮液，将所述SiO₂/碳纳米管复合微球悬浮液涂覆在步骤1)所述树脂层表面，干燥后在基材表面得到超憎水涂层；

3)将基材浸泡于氟硅烷的乙醇溶液中2～3min，随后干燥即得到耐磨型超憎水涂层材料。

按上述方案，步骤1)所述溶剂为乙醇或丙酮。

按上述方案，步骤2)所述碳纳米管悬浮液的配制方法为：将直径为10～15nm、长度为50～60nm的碳纳米管粉末加入水、无水乙醇、25wt％的氨水溶液的混合液中并超声分散均匀得到，其中水、无水乙醇、25wt％的氨水溶液的体积比为3～4：10：1～1.5，碳纳米管悬浮液的质量浓度为0.005～0.01％。

按上述方案，步骤2)所述硅烷偶联剂为KH550或KH570，所述硅烷偶联剂的乙醇溶液质量浓度为0.05～0.1wt％。

优选的是，涂覆方法为旋涂法或喷涂法，旋涂的转速为1000～1200rpm，喷涂过程中喷枪与基板距离在15～25厘米，喷涂量控制在5～10mL/min。涂层厚度为0.8～1.0μm。