[发明专利]一种水性、无氟的超疏水涂料及制备方法

说明书

本发明公开了一种水性体系、无氟的超疏水涂料的制备方法。该涂料由以下质量分数组成的原料制得：水性乳液2‑40％，有机溶剂1‑10％，低表面能偶联剂1‑20％，纳米粒子2‑30％，水30‑90％，分散制备均匀分散液。通过喷涂、浸涂等方法将涂料涂覆于基底上，干燥后即得到超疏水涂层。该涂层静态水接触角大于150度，滚动角在10度以下。本发明所用涂料制备工艺简单、绿色环保，原料简单易得，在自清洁、油水分离等方面有广泛的应用前景，且适合工业化的大规模应用。

技术领域

本发明属于涂料的制备领域，具体涉及一种由水性乳液制备水性体系、无氟的超疏水涂料的方法。

背景技术

超疏水涂层，即静态水接触角大于150度且滚动角小于10度的涂层，由于在自清洁、油水分离、防腐蚀等方面的巨大应用前景，超疏水涂层受到越来越多的关注。然而由于制备超疏水涂层的关键在于构造一个微/纳结构的粗糙表面，且该表面具有较低的表面自由能。在目前已经报道的方法中，或多或少存在着制备条件复杂，制备成本昂贵，难以大规模生产等问题，使得这些制备超疏水涂层的方法难以得到推广应用。并且大多用到大量的VOC溶剂对低表面能组分进行分散(CN101962514A，CN105585928A)。此外，尽管氟碳类材料如含氟的偶联剂、氟丙聚合物等因其优异的低表面能性被用于制备超疏水涂层，但是其对人类健康和环境的危害逐渐被认识到(Environ.Sci.Technol.,2004,38,373-380)。因此，开发出制备方法简单、原料廉价水性且无氟的超疏水涂料是一项具有重要意义和应用价值的工作。

尽管已有少量水性超疏水的工作被报道(ACS Appl.Mater.Interfaces 2013,5,13419，J.Mater.Chem.A2015,3,12880)，但是这些工作大多采用将亲水纳米填料与水性聚合物乳液混合形成水性超疏水体系，而在成膜后涂层中有机-无机组分的弱界面相互作用导致涂层容易被磨损从而失去超疏水性能。因此制备高性能的水性、无氟超疏水涂料仍是当前的热点研究领域。

发明内容

本发明目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种水性、无氟的超疏水涂料及制备方法与应用。减少VOC溶剂对资源环境的影响，同时无氟的低表面能偶联剂的使用，既避免了含氟材料的降解对人体和环境的危害，又降低了成本。从而得到一种制备方法简单、绿色环保且成本低廉的超疏水涂料，在自清洁、油水分离、防腐蚀等方面具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案

一种水性、无氟超疏水纳米复合涂料，由水性乳液、无机纳米粒子、低表面能偶联剂、有机溶剂和水组成，各组分的质量百分比为：水性乳液2％-40％、无机纳米粒子2％-30％、低表面能偶联剂1％-20％、有机溶剂1％-10％、水30％-90％。

所述水性乳液为丙烯酸酯乳液，苯丙乳液，硅丙乳液，聚醋酸乙烯酯乳液，聚醋酸乙烯丙烯酸酯乳液，聚氨酯分散液，乙烯丙烯酸酯乳液或乙烯醋酸乙烯酯乳液中的一种及其两种或以上的混合乳液，乳液中的固形物含量控制在30％-60％。

所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米氧化镁，纳米氧化锌，纳米碳酸钙，纳米氧化铝或碳纳米管中的一种或几种组成的混合纳米粒子。所述纳米粒子粒径为1-500纳米。

所述低表面能偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷，十八烷基三乙氧基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷，十六烷基三乙氧基硅烷，十二烷基三甲氧基硅烷，十二烷基三乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯，异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或二硬脂酰氧异丙氧基铝酸酯等偶联剂中的一种或多种混合。

所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚或二丙二醇二甲醚等其中的一种或多种混合。

一种所述的水性、无氟超疏水纳米复合涂料的制备方法，步骤如下：