本發(fā)明屬于疏水涂層領(lǐng)域，涉及一種水性透明超疏水涂料及其制備方法。

技術(shù)背景

超疏水表面（接觸角>150°，滾動(dòng)角小于10°）由于在自清潔、抗結(jié)冰、防腐等方面的巨大應(yīng)用，受到了全世界學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前來說，制備超疏水表面主要是通過在材料表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行低表面能物質(zhì)修飾，或直接在低表面能材料表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)。在制備超疏水表面的過程中，常常會(huì)用到含氟物質(zhì)，如含氟硅氧烷、含氟聚合物。這些物質(zhì)對(duì)人體、對(duì)自然環(huán)境有著不可逆轉(zhuǎn)的傷害。氟化物對(duì)人體的傷害主要使骨骼受害，嚴(yán)重的會(huì)使骨骼疏散或變形，其次會(huì)使牙齒脆弱。對(duì)環(huán)境主要是會(huì)破壞臭氧層。因此，因此如何減少含氟化合物的使用，成了國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的問題。并且在超疏水涂料的制備過程中，往往會(huì)用到許多的有機(jī)溶劑，這些有機(jī)溶劑易揮發(fā)、易燃并且對(duì)人體有害，對(duì)環(huán)境也有著很大的污染。并且也不利于運(yùn)輸。使得這些涂料的成本上升。因此，如何減少甚至是完全杜絕有機(jī)溶劑的使用，成為了研究人員所關(guān)注的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：為了拓展納米超疏水涂層的應(yīng)用范圍，本發(fā)明提供一種水性透明超疏水涂料及其制備方法。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、易操作，適合大規(guī)模制備生產(chǎn)。

技術(shù)方案：水性透明超疏水涂料的制備方法，制備步驟為：（1）按重量份，在裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入60-100份去離子水，用2-6份氨水調(diào)節(jié)ph至9-10得堿性水溶液，或者用2-6份醋酸調(diào)節(jié)ph至2-4得酸性水溶液；（2）水浴加熱至20-65℃，轉(zhuǎn)速50-200rpm條件下，在堿性水溶液中加入1-2份ph值為2-4的水性酸性硅溶膠，或在酸性水溶液中加入1-2份ph值9-10的水性堿性硅溶膠；（3）將0.1-0.5份粒徑0.5-10μm的微粉加入反應(yīng)釜，隨后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至500-2000rpm，攪拌30min；（4）轉(zhuǎn)速降至50-200rpm，在上步所得硅溶膠和微粉的混合水溶液中，加入0.3-0.9份正硅酸乙酯和0.3-0.9份碳鏈長(zhǎng)度1-12的烷基硅氧烷，在轉(zhuǎn)速500-2000rpm條件下加熱攪拌6-24h，即可獲得水性透明超疏水涂料。

優(yōu)選的，加入正硅酸乙酯和烷基硅氧烷后，再加入不超過1份的水性有機(jī)硅或硅改性樹脂。

上述微粉是二氧化硅、滑石粉、粉煤灰、鈦白粉、重鈣中的至少一種。

上述烷基硅氧烷的端基為甲氧基、乙氧基或氯原子。

上述硅改性樹脂為硅改性丙烯酸樹脂、硅改性聚氨酯、硅改性環(huán)氧樹脂中的任一種。

上述制備方法制得的水性透明超疏水涂料。

上述涂料中水含量為50wt.%~99wt.%，通過噴涂、浸涂、刷涂或輥涂方法成膜，室溫或30-80℃條件中干燥固化10min-2h即可在基體表面獲得接觸角大于160°、滾動(dòng)角小于5°的超疏水涂層。

上述基體為金屬、玻璃、陶瓷、水泥基材料、木材或織物。

有益效果：（1）可選用水性硅溶膠、正硅酸四乙酯、烷基硅氧烷等常規(guī)原料，制備水性超疏水涂料，不使用粉塵物料，也無含氟物質(zhì)，顯著提高了涂料的環(huán)保性，降低了成本。

（2）本發(fā)明提出的方法制備的水性涂料不燃、voc低，便于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和施工作業(yè)，具有很好的應(yīng)用前景。

（3）加入teos，水解交聯(lián)后，可在原有二氧化硅納米顆粒之間形成“-si-”化學(xué)鍵，提高顆粒間的結(jié)合力，并獲得尺寸在0.5-2μm的微米級(jí)團(tuán)聚物，成膜后有利于形成微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，提升涂層的超疏水性。

（4）本發(fā)明所述的水性超疏水涂料涂覆后透明性好，可見光平均透過率可保持在80-90%。

（5）本發(fā)明所述的水性超疏水涂料中可以加入到市場(chǎng)上常用的水性苯丙、純丙、硅丙和氟碳乳液中，由于超疏水顆粒的疏水性，在水分揮發(fā)和固化過程中，超疏水顆粒會(huì)自動(dòng)和樹脂產(chǎn)生相分離并遷移到涂層表面，形成的涂膜組成和性質(zhì)呈梯度性連續(xù)變化，層與層之間附著力強(qiáng)，涂層硬度顯著增加，表面能明顯降低，從而提升了原有涂層的耐水性、耐沾污性、防潮性和防霉性。

（6）本發(fā)明所述的水性超疏水涂料的制備方法簡(jiǎn)單、易操作、成本低，可通過多種方法成膜，施工難度小，適合于建筑墻體、家具木材、織物等多個(gè)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所述超疏水涂層掃描電鏡照片。

圖2為實(shí)施例2所述超疏水涂層的水滴接觸角光學(xué)照片。

圖3為實(shí)施例3所述超疏水涂層能譜圖。

圖4為實(shí)施例4所述超疏水涂層水滴在涂層表面圖。

圖5為實(shí)施例5所述超疏水涂層加入水性有機(jī)硅樹脂后水滴在涂層表面圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例1

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml氨水，攪拌均勻后加入1.2gph值為2-4的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入2μm和5μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml正辛基三乙氧基硅烷，攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料（不添加有機(jī)硅或硅改樹脂）。圖1為該涂層的掃面電子顯微鏡圖像。

實(shí)施例2

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml氨水，攪拌均勻后加入1.2gph值為2-4的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入0.5μm和2μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml正辛基三乙氧基硅烷，攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料（不添加有機(jī)硅或硅改樹脂）。圖2為該涂層水接觸角圖像。其水接觸角154°，滾動(dòng)角為2°

實(shí)施例3

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml醋酸，攪拌均勻后加入1.2gph值9-10的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入0.5μm和2μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml異丁基三甲氧基硅烷，攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料（不添加有機(jī)硅或硅改樹脂）。圖3為該涂層的點(diǎn)掃描能譜圖像。從圖中可以看出，涂層主要含o、si、c元素，不含f元素。

實(shí)施例4

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml氨水，攪拌均勻后加入1.2gph值為2-4的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入5μm和10μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml正辛基三乙氧基硅烷，攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料（不添加有機(jī)硅或硅改樹脂）。其透光率可達(dá)85%。圖4為該涂層的光學(xué)照片和疏水效果圖。

實(shí)施例5

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml氨水，攪拌均勻后加入1.2gph值為2-4的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入2μm和5μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml正辛基三乙氧基硅烷、0.5g水性有機(jī)硅樹脂乳液攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料。涂層的耐磨性得到很大的提高。圖5是該涂層經(jīng)機(jī)械摩擦30次后水滴在其上的光學(xué)照片和疏水效果圖。

實(shí)施例6

將80ml去離子水加入到裝有回流裝置的反應(yīng)釜中，加入4ml氨水，攪拌均勻后加入1.2gph值為2-4的水性硅溶膠，50-200rpm攪拌30分鐘。加大攪拌速度至500-2000rpm，并調(diào)節(jié)水浴溫度至60℃，加入2μm和5μm二氧化硅粉各0.12g，接著50-200rpm攪拌30分鐘，最后加入0.6ml正硅酸四乙酯、0.6ml正辛基三乙氧基硅烷，攪拌24h后獲得微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的水性超疏水涂料。之后，將該涂料與苯丙乳液以體積比1:1的比例混合，攪拌12h后，均勻地噴涂在基底上，80℃干燥。其耐沾污性和耐水性均有較大提升。

實(shí)施例7

上述各實(shí)例中，采用了不同碳鏈長(zhǎng)度的有機(jī)硅氧烷、不同粒徑的sio2微米粉、不同ph的水性硅溶膠，所獲得的的水性涂層透明性好；接觸角均在150°以上、滾動(dòng)角均在10°以下；不使用有機(jī)溶劑和含氟物質(zhì)，綠色環(huán)保。在水性涂料中加入有機(jī)硅樹脂乳液，其耐磨性得到較大的提高，可以承受大概30次的普通機(jī)械摩擦，摩擦后涂層的超疏水性并沒有受到明顯破壞（如附圖5所示）。