[发明专利]一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法。该涂层由质量分数为20％～30％的二氧化硅‑碳纳米管杂化体和余量的树脂组成，涂层厚度为40μm～120μm。该涂层的制备首先是对纳米二氧化硅和多壁碳纳米管分别进行表面修饰，然后制备二氧化硅‑碳纳米管杂化体，接着将杂化体颗粒加入树脂并均匀分散，最后喷涂于金属表面，固化后得到耐磨超疏水涂层。制备出的二氧化硅‑碳纳米管杂化体通过缠绕互锁作用提高了复合涂层的耐磨性；当涂层表面受到摩擦磨损等损伤时，可以保持超疏水性能，从而有效阻隔溶液与基体的接触，起到保护基体材料的作用。本发明制备工艺简单，生产成本低，涂层的耐磨性和超疏水性能良好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨性的超疏水涂层及其制备方法，属于微/纳米材料技术领域。

背景技术

在“生物仿生学”启发下，超疏水表面受到广泛的关注。超疏水表面应用于金属的腐蚀防护领域是一项重要的突破，通过提高材料表面的疏水性，来有效的阻隔水或腐蚀性离子对金属材料的表面侵蚀，降低金属的腐蚀速率，从而延长金属材料的使用寿命。然而，涂层在服役过程中会受到沙石磨损、人为挤压等物理损伤，使疏水性能下降，腐蚀介质易与金属基体接触，造成防腐性能的降低。因此，亟需开发具有优异耐磨性能的超疏水涂层。

通过制备表面具有微/纳米结构的复合涂层，提高涂层的表面粗糙度，可以使涂层表面具有超疏水性和耐磨性能。现有的用于提高涂层表面粗糙度的方法有化学转换膜法、刻蚀法、水热法、阳极氧化法、电沉积法、溶胶-凝胶法、模板法、纳米复合涂层等。其中，通过在树脂中添加纳米颗粒来制备耐磨超疏水涂层的方法具有简单、高效、成本低等特点。常用的纳米颗粒包括石墨烯、ZnO纳米棒、纳米TiO₂等，但基于这些物质的复合涂层存在成本高、制备效率低等问题。所以在实际应用中需要选用价格更为低廉的物质来替代，纳米二氧化硅属于价格低廉的、常见的用来制备超疏水涂层的纳米颗粒。现有的使用纳米二氧化硅制备复合涂层的方法中，为了提高涂层的耐磨性能，通过添加硅橡胶、硫橡胶或其它橡胶来提高涂层的耐磨性能，但添加橡胶后由于纳米二氧化硅表面存在羟基，易吸水聚集，从而与有机物的相容性较差，使得二氧化硅的附着力较低，磨损后涂层很快失去超疏水能力；其次，有实验采用双连续相乳液法/双相分层法或与其它聚合物相结合使用来改善涂层和基底之间的附着力，但这些方法在使用过程中需要使用大量的有机溶剂，会产生大量的污染性气体，对环境污染较严重，且成本较高。因此亟需开发基于二氧化硅的新型超疏水涂层制备技术，提高涂层的耐磨性和实用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有耐磨性能的超疏水涂层及其制备方法，选用价格低廉的纳米二氧化硅和多壁碳纳米管构筑杂化纳米颗粒，在涂层表面形成微/纳米结构实现超疏水性能，利用二者之间的缠绕互锁作用提高涂层的耐磨性，得到具有优异耐磨性的超疏水涂层。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有耐磨性的超疏水涂层，该涂层具有由纳米二氧化硅和多壁碳纳米管组成的杂化体颗粒以及与树脂基体组成的复合结构。

所述纳米二氧化硅-多壁碳纳米管杂化体的质量占树脂质量的20％～30％。

所述树脂为环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂中的任一种。

所述杂化体-树脂复合涂层的厚度为40μm～120μm。

所述多纳米二氧化硅颗粒的尺寸为20nm～200nm，多壁碳纳米管直径为10nm～50nm。

上述具有耐磨性的超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备纳米二氧化硅-多壁碳纳米管杂化体颗粒，在多壁碳纳米管表面修饰氨基，在纳米二氧化硅表面修饰环氧基；将表面带有氨基的多壁碳纳米管和表面带有环氧基的纳米二氧化硅放入丙酮溶剂中混合，制备纳米二氧化硅-多壁碳纳米管杂化体颗粒；