[发明专利]一种玄武岩纳米片基超疏水涂层材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种玄武岩纳米片基超疏水涂层材料及其制备方法，采用价格低廉的玄武岩鳞片作为原料，通过化学机械法处理制备得到玄武岩纳米片，将其作为纳米粗糙结构，对其进行硅烷化及氟化改性后与固化剂机械共混，制得超疏水涂层材料，可填补目前玄武岩纳米片的应用领域的空白。本发明制备得到的玄武岩纳米片基超疏水涂层材料稳定高，疏水效果好，耐酸碱和耐腐蚀性能好，可用在玻璃、木材、轮船等的表面起到防水、防污甚至实现自清洁等效果，使其在国防军工领域有很强的发展前景。本发明采用简单有效的制备方法来制备玄武岩纳米片基超疏水涂层材料，原料低廉、产量大，制备方法简单易操作，无需大型设备，工业化比较容易实现，提高了工业化批量生产的可能性。

技术领域

本发明属于超疏水涂层材料技术领域，尤其涉及一种玄武岩纳米片基超疏水涂层材料及其制备方法。

背景技术

水滴在荷叶表面的接触角高达160.0°，并且极易滚动，从而带走荷叶表面的灰尘，这个就是“荷叶效应”，也称为“自清洁效应”。研究表明，荷叶表面的超疏水性能主要是荷叶表面的微纳米乳突结构和石蜡状的低表面能物质共同作用的结果。荷叶的这种超疏水结构给了科研人员很大的启发，因此关于超疏水涂层材料的研究越来越多。超疏水涂层材料是指与水的接触角(WCA)大于150°、滚动角(SA)小于10°的涂层材料，由于其具有优异的表面性能，如自清洁、防水、防冰冻、防腐蚀等，而受到广泛关注。目前常见的制备超疏水涂层材料的方法主要有溶胶-凝胶法、电化学沉积法、模板法等，以上这些方法主要侧重于制备导致超疏水性能的微纳米结构，而这些方法需要的设备昂贵、制备方法复杂，对实验条件要求比较严苛，其工艺条件很难实现大规模工业化应用，因此，寻找一种简单易行、可大面积生产的方法来制备超疏水涂层材料，具有理论与实际意义。此外，许多用树脂和塑料制成的超疏水表面的粗糙结构容易磨损，导致涂层材料那就性不足，一段时间使用后接触角会下降从而失去超疏水性能，因此超疏水涂层材料的耐磨性是超疏水材料制备中需要重点关注的问题。

玄武岩鳞片是一种新型鳞片材料，是选用性能优良的天然玄武岩矿石经高温熔融、澄清、均化成型、筛选等特殊工艺加工而成的新型材料，呈现透明或深绿色片状结构，厚度一般在3μm左右，尺寸一般在25μm～3mm之间。由于玄武岩鳞片中铁氧化物、二氧化钛、氧化铝、氧化钙含量高，而碱性氧化物含量较少，因此玄武岩鳞片不仅能产生屏蔽效应，而且在耐酸碱和耐腐蚀性能方面也有独特的优势。并且玄武岩鳞片与金属、混凝土和树脂类都具有较高的粘接强度，工作温度最低可达到200℃，最高可达1000℃，可以适应温差比较大、条件特别恶劣的特殊环境。目前玄武岩纤维在复合材料应用方面的研究较多，而玄武岩鳞片作为一种新型材料，尤其是玄武岩纳米片的制备方法和相关应用，国内尚无相关方面的报道。

由于玄武岩纳米片具有玄武岩鳞片的诸多物理性能，如稳定的耐高低温性能，并且其比表面积较大，表面杂质较少。最重要的是，玄武岩纳米片具备纳米结构，并且添加到树脂中还可以与树脂形成交联，产生特殊的“迷宫效应”，可阻止水分的渗透。此外，玄武岩纳米片具有优异的强度及耐磨性能，以其为基地制得超疏水涂层材料具有较大前景。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供简便可行的制备玄武岩纳米片基超疏水涂层材料的方法，以填补目前的行业技术空白，本发明利用玄武岩鳞片作为原料，通过盐酸和低浓度氢氟酸进行刻蚀，使得玄武岩鳞片表面和内部形成褶皱，再通过机械力作用使其发生脱落，形成玄武岩纳米片。将制备的玄武岩纳米片通过氢氧化钠进行处理，暴露其表面的硅羟基，再通过脱水缩合反应在玄武岩纳米片表面引入硅烷偶联剂，得到硅烷化改性后的玄武岩纳米片。最后将硅烷化改性后的玄武岩纳米片进行氟化改性，得到的表面能降低的玄武岩纳米片，再将其固化剂在机械搅拌作用下进行机械共混，制得超疏水涂层材料。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种玄武岩纳米片基超疏水涂层材料的制备方法，包括以下步骤：