一種具有疏水功能的新材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有疏水功能的新材料及其制備工藝。新材料的表面是荷葉仿生結(jié)構(gòu)，包括從下至上的基材層、微孔發(fā)泡改性膠黏層和分散涂布在微孔發(fā)泡改性膠黏層上的含蠟層。首先通過在膠黏層的制備中，將膠黏層原料與分散劑、發(fā)泡劑充分混合后涂布在基材表面，通過涂布發(fā)泡工藝后，得到改性基材，最后將蠟分散涂布在所得改性基材外表面后制備而得。本發(fā)明產(chǎn)品表面的粗糙結(jié)構(gòu)與荷葉粗糙表面上具有的微納米結(jié)構(gòu)的乳突以及表面疏水的蠟質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)基本類似，實(shí)現(xiàn)了荷葉仿生結(jié)構(gòu)，因而具有良好的疏水功能。
【專利說明】
一種具有疏水功能的新材料及其制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種新材料及其制備工藝，具體地說，是一種具有疏水功能的新材料及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，自然界中的超疏水(接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°)與自清潔現(xiàn)象引起人們的研究興趣。人工制備超疏水表面可用于汽車車窗、建筑物的玻璃窗以及玻璃外墻的防污，用于雷達(dá)、天線表面能夠防止由于雪雨粘連而導(dǎo)致的信號(hào)衰減，材料的表面超疏水化可抑制微生物在物體表面的粘附，抑制聚合物表面的凝血現(xiàn)象，用于輸水、輸油內(nèi)管壁可降低流體阻力等。超疏水表面的研究已成為熱點(diǎn)課題，涉及到植物學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、工程力學(xué)等多門學(xué)科。
[0003]自然界中的某些植物葉表面具有超疏水性質(zhì)和自清潔功能，最典型的便是荷葉表面，形成了“荷葉自潔效應(yīng)”，“出淤泥而不染”。德國(guó)生物學(xué)家巴特洛特(Barthlott)等研究人員通過對(duì)近300種植物葉表面進(jìn)行研究，認(rèn)為植物葉片的自清潔特性是由粗糙表面上微米結(jié)構(gòu)的乳突以及表面疏水的蠟質(zhì)材料共同造就的。
[0004]目前，已用不少方法來制備仿荷葉表面。包括刻蝕法、相分離和自組裝法、水熱法、化學(xué)沉積和電沉積法、溶膠-凝膠法、靜電紡絲法、碳納米管法、模板法等方法。盡管制備超疏水表面的方法有很多，但上述的方法有很大的局限性，如:平板印刷和激光刻蝕只能加工小面積的表面，無法加工異型表面，并且設(shè)備復(fù)雜、昂貴。高分子相分離法或自組裝法只能用于小面積表面，得到的超疏水表面不耐高溫，遇高溫熔化，形貌易于被破壞。電沉積或化學(xué)沉積法則對(duì)設(shè)備有要求、條件苛刻，水熱法與溶膠-凝膠法也只能加工小面積的表面，至于碳納米管法，所需條件更加苛刻，需高溫或有設(shè)備限制。靜電紡絲法對(duì)設(shè)備有限制，無法適用于室外操作。模板法所需的多孔氧化鋁模版不易制備，并且無法加工異型表面或大面積表面。用于表面修飾的含氟物質(zhì)如全氟硅氧烷則十分昂貴。因此，目前還沒有大規(guī)模生產(chǎn)用于工業(yè)或日常生活的超疏水制品，所需解決的問題是，制造方法簡(jiǎn)便，適合大試件，異形表面，性能穩(wěn)定，具有一定機(jī)械強(qiáng)度。
[0005]綜上，現(xiàn)有的各種方法都存在各種各樣的缺陷，急需改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的各種不足之處，提供了一種具有疏水功能的新材料及其制備工藝。
[0007]本發(fā)明為達(dá)到上述目的，是通過這樣的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明公開了一種具有疏水功能的新材料，所述的新材料的表面是荷葉仿生結(jié)構(gòu)，包括從下至上的基材層、微孔發(fā)泡改性膠黏層和分散涂布在微孔發(fā)泡改性膠黏層上的含蠟層。
[0009]本發(fā)明還公開了一種具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，制備步驟如下:
[0010]I)將膠黏層原料和分散劑微粒、發(fā)泡劑以一定比例充分混合，以溶劑調(diào)節(jié)涂料的適當(dāng)粘度，涂布在基材層表面；
[0011]2)涂布后的基材層，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層表面獲得微孔發(fā)泡改性膠黏層；
[0012]3)將蠟溶(熔)液或者蠟乳液或者蠟分散體通過涂布工藝涂布在所得微孔發(fā)泡改性膠黏層的表面構(gòu)成含蠟層，干燥后獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料。
[0013]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的分散劑為二氧化硅或二氧化鈦微粒，其粒徑大小為 lnm-1 Oym ο
[0014]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的發(fā)泡劑的成分是碳酸鈉/檸檬酸、碳酸氫鈉、偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、4，4’_氧化雙苯磺酰肼中的任意一種。
[0015]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的膠黏層原料、分散劑微粒和發(fā)泡劑以重量比為1:0.01-0.4:0.01-0.I的比例充分混合。
[0016]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟I)中的膠黏層涂布工藝是噴涂法、輥涂法、凹版涂膜法、棒涂法、刷涂法、刮刀法中的任意一種，步驟3)中的蠟的涂布工藝是噴涂法、輥涂法、凹版涂膜法、棒涂法、刷涂法和刮刀法中的任意一種。
[0017]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟2)中一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。
[0018]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的蠟是植物蠟或者合成蠟，所述的植物蠟是蟲白蠟、木蠟、楊梅蠟、中國(guó)蠟、羊毛蠟、日本蠟、米糠蠟、蜂蠟中的任意一種，合成蠟是費(fèi)托蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚蠟、氧化聚乙烯蠟中的任意一種。
[0019]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所述的步驟3)中，涂布錯(cuò)的定量為0.01-10g/m2。
[0020]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，本發(fā)明所制得的表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°。
[0021]本發(fā)明的有益效果如下:
[0022]1、本發(fā)明提供了一種具有疏水功能的新材料，是通過在基材層表面構(gòu)建荷葉仿生結(jié)構(gòu)制備而得，首先通過在膠黏層的制備中，將膠黏層原料與分散劑、發(fā)泡劑充分混合后涂布在基材表面，通過涂布發(fā)泡工藝后，得到改性基材，最后將蠟分散涂布在所得改性基材外表面后制備而得。本發(fā)明產(chǎn)品表面的粗糙結(jié)構(gòu)與荷葉粗糙表面上具有的微納米結(jié)構(gòu)的乳突以及表面疏水的蠟質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)基本類似，實(shí)現(xiàn)了荷葉仿生結(jié)構(gòu)，因而具有良好的疏水功會(huì)K。
[0023]2、本發(fā)明采用了將膠黏層原料與分散劑、發(fā)泡劑充分混合后涂布在基材表面，通過涂布發(fā)泡工藝后，得到改性基材膠黏層。本發(fā)明的這種工藝方法通過微孔發(fā)泡工藝構(gòu)建了基材層表面的微納米結(jié)構(gòu)的乳突層，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]3、本發(fā)明采用了將蠟分散涂布在所得改性基材外表面后制備而得具有疏水功能的新材料。低表面能的防水的蠟質(zhì)晶體在表面的存在使得本發(fā)明的產(chǎn)品具有優(yōu)良的疏水性會(huì)K。
[0025]4、本發(fā)明的材料性能優(yōu)良，壽命長(zhǎng)，這些表面改性結(jié)構(gòu)并不影響材料本身的應(yīng)用性能，可以廣泛應(yīng)用于密封容器結(jié)構(gòu)、包裝材料、管道、外部表面等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0026]圖1為一種具有疏水功能的新材料的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖中I為基材層，2為微孔發(fā)泡改性膠黏層，3為含蠟層。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明公開了一種具有疏水功能的新材料，圖1為一種具有疏水功能的新材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，從下至上是基材層1、微孔發(fā)泡改性膠黏層2和分散涂布在微孔發(fā)泡改性膠黏層2上的含蠟層3。本發(fā)明下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的范圍并不局限于實(shí)施例。
[0029]實(shí)施例1
[0030]基材采用蒸鍍聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜(VMPET)，在其PET面進(jìn)行涂布處理。采用熱密封膠聚氨酯TPU樹脂膠粘劑，加入一定量的溶劑乙酸乙酯溶解完全后，加入一定量的分散劑二氧化硅和發(fā)泡劑碳酸氫鈉進(jìn)行充分混合，在室溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬箪o置后得到涂料。其中分散劑為二氧化硅微粒，粒徑大小為12nm。發(fā)泡劑為碳酸氫鈉，食品級(jí)。溶劑為乙酸乙酯，食品級(jí)。其中膠黏層原料、分散劑微粒、發(fā)泡劑和溶劑的重量比例為= 1:0.01:0.01:
3。所得涂料粘度為1900cps。然后將所得涂料通過輥涂工藝涂布在基材表面上。
[0031 ]通過涂布干燥工藝后，一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。涂布在基材表面的通過150 °C干燥30s，實(shí)現(xiàn)溶劑揮發(fā)和發(fā)泡劑發(fā)泡，獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)，所得涂層定量為20g/m2。涂布后的基材，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層I表面獲得微孔發(fā)泡表面改性基材。
[0032]采用蟲白蠟微粉(100目)，加熱溶解在乙醇溶液中得到I%的蠟溶液。通過噴涂工藝噴涂在微孔發(fā)泡表面改性基材表面上，干燥后溶劑揮發(fā)后，涂布蠟的定量為0.01g/m2。從而獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料，在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角為160°，滾動(dòng)角為6°。
[0033]實(shí)施例2
[0034]基材采用聚乙烯薄膜(LDPE)，在其表面進(jìn)行涂布處理。采用丙烯酸樹脂膠粘劑產(chǎn)品，加入一定量的溶劑乙酸乙酯溶解完全后，加入一定量的分散劑二氧化鈦和發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺進(jìn)行充分混合，在室溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬箪o置后得到涂料。其中分散劑為二氧化鈦微粒，粒徑大小為10微米。發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺，食品級(jí)。溶劑為乙酸乙酯，食品級(jí)。其中膠黏層原料、分散劑微粒、發(fā)泡劑和溶劑的重量比例為= 1:0.4:0.1:4。所得涂料粘度為1500cps。然后將所得涂料通過凹版涂膜工藝涂布在基材表面上。
[0035]通過涂布干燥工藝后，一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。涂布在基材表面的通過150 °C干燥30s，實(shí)現(xiàn)溶劑揮發(fā)和發(fā)泡劑發(fā)泡，獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)，所得涂層定量為40g/m2。涂布后的基材，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層I表面獲得微孔發(fā)泡表面改性基材。
[0036]采用聚乙烯蠟乳液(粒徑小于1.0微米)，加熱溶解在乙醇溶液中得到I%的蠟乳液。通過輥涂工藝涂布在微孔發(fā)泡表面改性基材表面上，干燥后溶劑揮發(fā)后，涂布蠟的定量為10g/m2ο從而獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料，在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角為152°，滾動(dòng)角為8°。
[0037]實(shí)施例3
[0038]基材采用聚苯乙烯片材(PS)。采用熱密封漆膠黏劑產(chǎn)品(聚酯樹脂160重量份+丙烯酸樹脂10重量份)，加入一定量的甲苯和丁酮的混合溶劑，溶解完全后，加入一定量的分散劑二氧化鈦和發(fā)泡劑4，4氧化雙苯磺酰肼進(jìn)行充分混合，在室溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬箪o置后得到涂料。其中分散劑為二氧化鈦微粒，粒徑大小為lnm。發(fā)泡劑為4，4’_氧化雙苯磺酰肼，食品級(jí)。其中膠黏層原料、分散劑微粒、發(fā)泡劑和溶劑的重量比例為=1:0.04:0.03:5。所得涂料粘度為lOOOcps。然后將所得涂料通過噴涂工藝涂布在基材表面上。
[0039]通過涂布干燥工藝后，一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。涂布在基材表面的通過180 °C干燥30s，實(shí)現(xiàn)溶劑揮發(fā)和發(fā)泡劑發(fā)泡，獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)，所得涂層定量為25g/m2。涂布后的基材，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層I表面獲得微孔發(fā)泡表面改性基材。
[0040]采用日本蠟，加熱熔融后得到蠟熔液。通過噴涂工藝噴涂在微孔發(fā)泡表面改性基材表面上，干燥后溶劑揮發(fā)后，涂布蠟的定量為1.0g/m2。從而獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料，在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角為151°，滾動(dòng)角為5°。實(shí)施例4
[0041]基材采用牛皮紙，定量為110g/m2。采用淀粉膠粘劑產(chǎn)品。糊化制備好的淀粉膠粘劑中，加入一定量的分散劑二氧化硅和發(fā)泡劑碳酸鈉/檸檬酸進(jìn)行充分混合，在室溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬箪o置后得到涂料。其中分散劑為二氧化硅微粒，粒徑大小為100nm。發(fā)泡劑為碳酸鈉/檸檬酸，食品級(jí)。其中膠黏層原料淀粉、分散劑微粒、發(fā)泡劑(碳酸鈉/檸檬酸)和溶劑水的重量比例為= 1:0.08:0.0234(0.0106/0.0128):6。所得涂料粘度為lOOOcps。然后將所得涂料通過棒涂法工藝涂布在牛皮紙基材表面上。
[0042]通過涂布干燥工藝后，一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。涂布在基材表面的通過180 °C干燥20s，實(shí)現(xiàn)溶劑揮發(fā)和發(fā)泡劑發(fā)泡，獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)，所得涂層定量為15g/m2。涂布后的基材，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層I表面獲得微孔發(fā)泡表面改性基材。
[0043]采用聚乙烯蠟分散體，固含量35%。通過刷涂法工藝刷涂在微孔發(fā)泡表面改性基材表面上，干燥后，涂布蠟的定量為0.3g/m2。從而獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料，在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角為159°，滾動(dòng)角為3°。
[0044]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有疏水功能的新材料，其特征在于，所述的新材料的表面是荷葉仿生結(jié)構(gòu)，包括從下至上的基材層、微孔發(fā)泡改性膠黏層和分散涂布在微孔發(fā)泡改性膠黏層上的含蠟層⑶。2.一種如權(quán)利要求1所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的制備步驟如下: 1)將膠黏層原料和分散劑微粒、發(fā)泡劑以一定比例充分混合，以溶劑調(diào)節(jié)涂料的適當(dāng)粘度，涂布在基材層表面； 2)涂布后的基材層，通過涂布發(fā)泡工藝后，在基材層表面獲得微孔發(fā)泡改性膠黏層； 3)將蠟溶(熔)液或者蠟乳液或者蠟分散體通過涂布工藝涂布在所得微孔發(fā)泡改性膠黏層的表面構(gòu)成含蠟層(3)，干燥后獲得表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的分散劑為二氧化娃或二氧化鈦微粒，其粒徑大小為lnm-ΙΟμπι。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的發(fā)泡劑的成分是碳酸鈉/檸檬酸、碳酸氫鈉、偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二異丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、4，4 ’ -氧化雙苯磺酰肼中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的膠黏層原料、分散劑微粒和發(fā)泡劑以重量比為1: 0.01-0.4:0.01 -0.1的比例充分混合。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟I)中的膠黏層涂布工藝是噴涂法、輥涂法、凹版涂膜法、棒涂法、刷涂法、刮刀法中的任意一種，步驟3)中的蠟的涂布工藝是噴涂法、輥涂法、凹版涂膜法、棒涂法、刷涂法和刮刀法中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中一邊干燥成膜得到膠黏層，一邊實(shí)現(xiàn)膠黏層結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡。8.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的蠟是植物蠟或者合成蠟，所述的植物蠟是蟲白蠟、木蠟、楊梅蠟、中國(guó)蠟、羊毛蠟、日本蠟、米糠蠟、蜂蠟中的任意一種，合成蠟是費(fèi)托蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚蠟、氧化聚乙烯蠟中的任意一種。9.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟3)中，涂布蠟的定量為0.01-10g/m2。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有疏水功能的新材料的制備方法，其特征在于，所制得的表面具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的新材料在疏水性實(shí)驗(yàn)中，接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°。
【文檔編號(hào)】C09J167/00GK105950053SQ201610492631
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】張治國(guó), 雷加元, 岳廣磊
【申請(qǐng)人】天津和悅新材料有限公司