本發(fā)明涉及一種疏水涂層材料及其制備方法，具體涉及一種雙重固化氟硅疏水涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

疏水涂層通常是指水在涂層表面的靜態(tài)接觸角大于90°的涂層，當(dāng)水在疏水涂層表面的靜態(tài)接觸角大于150°時(shí)稱該涂層為超疏水涂層。目前，現(xiàn)有的疏水涂層具備多種功能，如自清潔、防覆冰、防污染、防腐蝕、防水等，可滿足不同的市場(chǎng)需求，在航空、航海、能源、建筑、電子、防腐、傳感器等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

目前，疏水材料的制備方法主要有：電化學(xué)法、相分離法、模板法、溶膠-凝膠法、電紡絲技術(shù)、氣相沉積法、層層自組裝法等。然而，上述方法不僅過程復(fù)雜，而且需要昂貴的儀器設(shè)備和苛刻的工藝條件，難以進(jìn)行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，無法真正得到應(yīng)用。通過噴涂涂膜法將制備的疏水噴涂液均勻的噴涂于基底形成疏水涂層是目前較為常見的一種方法，但是，該方法所得到的涂層的附著力較差，易發(fā)生剝離脫落，從而降低疏水能力。因此，研究出一種工藝簡(jiǎn)單且涂層附著力好的制備方法具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供一種雙重固化氟硅疏水涂層材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有疏水涂層材料的制備過程復(fù)雜、所需工藝條件苛刻、所用儀器設(shè)備昂貴以及涂層附著力差的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種雙重固化氟硅疏水涂層材料，按以下步驟制備：

1)將乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑和丙烯酸混合均勻，然后加入氟碳樹脂和溶劑并混合均勻，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的質(zhì)量百分比為5.2％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的質(zhì)量比為3.5～4.5∶1∶5.5～6.5；

2)向上述混合料中加入消泡劑、分散劑和潤濕劑并混合均勻，研磨，向研磨后的物料中加入異氰酸酯類固化劑和光引發(fā)劑，并混合均勻，得噴涂料；將所得噴涂料噴涂、曝光、烘干，即得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述異氰酸酯類固化劑為IPDI三聚體，所述IPDI三聚體的用量按式(Ⅰ)計(jì)算而得，

式中，OHV為氟碳樹脂的羥值，mgKOH/g；42為NCO相對(duì)分子量；NCO為IPDI三聚體異氰酸值；NCO/OH取值1.1。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-570。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述光引發(fā)劑的用量為乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶聯(lián)劑三者質(zhì)量之和的2％～2.5％，所述光引發(fā)劑包括光引發(fā)劑TPO和光引發(fā)劑184，且所述光引發(fā)劑TPO和光引發(fā)劑184的質(zhì)量比為1～1.5∶1。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述二氧化硅占混合料的質(zhì)量百分比優(yōu)選為7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的質(zhì)量比為優(yōu)選4∶1∶6，所述二氧化硅的粒徑為10～50mm。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，曝光時(shí)間為25s，烘干溫度為140℃。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述溶劑為二甲苯或乙酸丁酯中的至少一種。

本發(fā)明的雙重固化氟硅疏水涂層材料中，所述消泡劑為有機(jī)硅油消泡劑，所述分散劑為改性聚氨酯，所述潤濕劑為離子型潤濕劑。

本發(fā)明的疏水涂層材料兼具良好的附著力和疏水特性，其對(duì)水的接觸角可達(dá)到150°以上，可廣泛應(yīng)用于輸電導(dǎo)線、絕緣子、電力桿塔和航空航天等領(lǐng)域。

本發(fā)明還提供一種雙重固化氟硅疏水涂層材料的制備方法，包括以下步驟：

a、將乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑和丙烯酸混合，并攪拌至均勻，然后加入氟碳樹脂和溶劑，繼續(xù)攪拌，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的質(zhì)量百分比為5.2％～7.6％，優(yōu)選為7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的質(zhì)量比為4∶1∶6；

b、向上述混合料中加入消泡劑、潤濕劑和分散劑，攪拌4～6h后研磨物料，向研磨后的物料中加入異氰酸酯類固化劑和光引發(fā)劑，混合均勻，得噴涂料；

c、將上述噴涂料噴涂、曝光、烘干，即得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

本發(fā)明方法的步驟a中，所述二氧化硅占混合料的質(zhì)量百分比為7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的質(zhì)量比為4∶1∶6。

本發(fā)明方法的步驟a中，所述二氧化硅的粒徑為10～50mm，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-570，所述溶劑為二甲苯或乙酸丁酯中的至少一種。

本發(fā)明方法的步驟b中，所述異氰酸酯類固化劑為IPDI三聚體，所述IPDI三聚體的用量按式(Ⅰ)計(jì)算而得，所述光引發(fā)劑包括光引發(fā)劑TPO和光引發(fā)劑184，所述光引發(fā)劑的用量為乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶聯(lián)劑三者質(zhì)量之和的2％～2.5％，且所述光引發(fā)劑TPO和光引發(fā)劑184的質(zhì)量比為1～1.5∶1，

式中，OHV為氟碳樹脂的羥值，mgKOH/g；42為NCO相對(duì)分子量；NCO為IPDI三聚體異氰酸值；NCO/OH取值1.1。

本發(fā)明方法的步驟b中，所述消泡劑為有機(jī)硅油消泡劑，所述分散劑為改性聚氨酯，所述潤濕劑為離子型潤濕劑。

本發(fā)明方法的步驟c中，曝光時(shí)間為25s，烘干溫度為140℃。

本發(fā)明通過光固化和化學(xué)固化的雙重固化方法，得到了兼具高疏水性和高附著力的疏水材料。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，工藝條件溫和，無需采用昂貴復(fù)雜的設(shè)備，成本低，實(shí)用性高，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1所制涂層材料的水接觸角測(cè)試結(jié)果圖。

圖2是實(shí)施例2所制涂層材料的水接觸角測(cè)試結(jié)果圖。

圖3是實(shí)施例3所制涂層材料的水接觸角測(cè)試結(jié)果圖。

圖4是實(shí)施例4所制涂層材料的水接觸角測(cè)試結(jié)果圖。

圖5是實(shí)施例4與對(duì)比例1所制涂層材料的樣板表面對(duì)比圖，其中a為實(shí)施例4所制樣板，b為對(duì)比例1所制樣板。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將13.144g乙烯基三乙氧基硅烷、3.286gSiO₂、0.6g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和19.716g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入26g氟碳樹脂和1g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.1g消泡劑，0.066g分散劑和0.06g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入3.3g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.432gTPO和0.288g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1，其接觸角為108.4°。

實(shí)施例2

將13.04g乙烯基三乙氧基硅烷、3.3gSiO₂、0.45g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和19.572g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入9.3g氟碳樹脂和1g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.068g消泡劑，0.065g分散劑和0.05g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入1.19g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.432gTPO和0.288g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2，其接觸角為150.3°。

實(shí)施例3

將13.109g乙烯基三乙氧基硅烷、3.278gSiO₂、0.4g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和19.7g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入6g氟碳樹脂和2g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.06g消泡劑，0.065g分散劑和0.04g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.076g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.399gTPO和0.265g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3，其接觸角為152.6°。

實(shí)施例4

將13.108g乙烯基三乙氧基硅烷、3.277gSiO₂、0.3g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和19.663g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入5g氟碳樹脂和2g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.06g消泡劑，0.066g分散劑和0.04g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.633g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.397gTPO和0.264g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料，所得涂層材料表面平整，無剝離，如圖5中a所示。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4，其接觸角為153°。

實(shí)施例5

將11.55g乙烯基三乙氧基硅烷、3.3gSiO₂、0.45g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和21.45g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入9.3g氟碳樹脂和1g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.068g消泡劑，0.065g分散劑和0.05g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入1.19g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.418gTPO和0.418g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，得其接觸角為143.5°。

實(shí)施例6

將14.747g乙烯基三乙氧基硅烷、3.277gSiO₂、0.3g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和21.301g丙烯酸加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入5g氟碳樹脂和2g乙酸丁酯，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.06g消泡劑，0.066g分散劑和0.04g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.633g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體以及0.436gTPO和0.291g184，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，曝光25s，并進(jìn)行140℃烘干，得到雙重固化氟硅疏水涂層材料。

對(duì)所得涂層材料進(jìn)行疏水角的測(cè)試，得其接觸角為150°。

對(duì)比例1

將1.5gSiO₂、0.24g硅烷偶聯(lián)劑KH-570和16g乙酸丁酯加入四口燒瓶中進(jìn)行高速機(jī)械攪拌20min，然后加入6g氟碳樹脂，繼續(xù)攪拌10min，再向其中加入0.04g消泡劑，0.09g分散劑和0.02g潤濕劑，保持高速攪拌4h后得到混合物，將得到的混合物放入錐形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.98g異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體，混合均勻，得噴涂料，將噴涂料以噴涂的方式涂覆到清洗過的馬口鐵上，制得樣板，并進(jìn)行140℃烘干，得到氟硅疏水涂層材料。所得涂層材料的表面有大量的二氧化硅粉末，且有大面積脫落，不能附著在馬口鐵基板上，如圖5中b所示。