本發(fā)明涉及聚合物復(fù)合涂層，特別是涉及一種水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前許多超疏水涂層均選用含氟長鏈作為疏水改性劑，而其改性的納米顆粒直接與水性聚氨酯結(jié)合導(dǎo)致疏水涂層的疏水性與耐磨性不易兼顧。有效疏水成分嵌入底料會(huì)有不錯(cuò)的耐磨性，但表面暴露的少了就會(huì)降低疏水效果；同理，表面富集多了納米顆粒由于其之間沒有強(qiáng)作用很容易以各種方式破壞掉，耐磨性差。

2、因此，在疏水涂層的耐磨領(lǐng)域，如何在環(huán)保的前提下，增強(qiáng)超疏水涂層的疏水性與耐磨性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述狀況，本發(fā)明提供一種水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，以在環(huán)保的前提下，增強(qiáng)超疏水涂層的疏水性與耐磨性。

2、一種水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟(1)：向反應(yīng)器中加入去離子水，并邊攪拌邊加入濃硫酸進(jìn)行稀釋，最終配成預(yù)設(shè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸，將配好的硫酸預(yù)熱到40～45℃，并將纖維素粉邊攪拌邊緩慢地加入反應(yīng)器中，保溫?cái)嚢?0～45分鐘，至溶液偏黃，立即取出反應(yīng)器，并放入2～5℃的冰水來中斷酸解反應(yīng)；

4、然后將冷卻下來的溶液離心，取離心完后的沉淀，洗去多余的酸和反應(yīng)過度的碳化物，直至ph大于3，將洗后的沉淀物裝入再生纖維素透析袋中，置于電阻率小于18mω﹒cm的超純水中透析，直至ph等于7為止，并用去離子水稀釋得到納米纖維素分散液；

5、步驟(2)：取制備好的納米纖維素分散液，用無水乙醇洗去多余水分，并加入無水乙醇為溶劑，超聲分散30分鐘，接下來加入質(zhì)量濃度2～5％的納米粒子，并加入硅烷改性劑進(jìn)行改性，在25℃環(huán)境下攪拌6～12小時(shí)，得到納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液；分散液中復(fù)合粒子粒徑為200～600nm；其中，納米纖維素的質(zhì)量濃度為5～10％；硅烷改性劑的用量為分散液的2～5％；

6、步驟(3)：將水性聚氨酯通過乙酸丁酯進(jìn)行稀釋，再均勻噴涂在基材上，在室溫環(huán)境下水平放置30～60分鐘，將步驟(2)得到的納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液噴涂在水性聚氨酯的薄膜上，在室溫下自然干燥，最后得到水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層。

7、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，步驟(1)中，洗去多余酸的步驟中采用去離子水清洗酸、氨水中和酸、氫氧化鈉中和酸中的任一種；對(duì)于氨水中和酸或氫氧化鈉中和酸，透析時(shí)要檢測透析液的電阻率，直至不再變化時(shí)為止。

8、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，步驟(1)中，洗去多余酸的步驟中采用氨水中和酸時(shí)，中和酸用氨水的濃度為10％；洗去多余酸的步驟中采用氫氧化鈉中和酸時(shí)，氫氧化鈉摩爾濃度為0.1m。

9、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，步驟(2)中，先加入硅烷偶聯(lián)劑做納米纖維素與納米顆粒的連接劑，反應(yīng)完成后再加入硅烷改性劑進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。

10、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，所述硅烷偶聯(lián)劑選用3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

11、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，步驟(3)中，水性聚氨酯與乙酸丁酯的比例為1：3；每12.5平方厘米基材噴涂2～4ml的水性聚氨酯稀釋液、1～4ml的納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液。

12、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，所述硅烷改性劑為十三烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等無氟疏水改性劑中的一種或幾種。

13、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，所述納米粒子為納米二氧化硅粒子、納米氧化鋅粒子、納米二氧化鈦粒子、納米碳酸鈣粒子、納米氧化錫粒子中的一種或幾種。

14、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，所述纖維素粉為粒徑25μm或65μm的微晶纖維素。

15、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，步驟(3)中，選用噴槍噴涂，噴槍壓力為2～3bar。

16、上述水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其中，基材為玻璃、木材、鋼材、陶瓷瓦片中的任一種。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，采用長鏈形的納米纖維素，利用其比表面積大的特點(diǎn)負(fù)載大量疏水的納米顆粒，大大增強(qiáng)涂層疏水效果；同時(shí)將納米纖維素與水性聚氨酯網(wǎng)絡(luò)鍵合，使大量疏水納米顆粒隨纖維素鏈一端暴露在表面，并“扎根”在水性聚氨酯上，大大增強(qiáng)其耐磨性能。本發(fā)明制備相對(duì)簡單且無毒，可大規(guī)模生產(chǎn)，并改善超疏水涂層機(jī)械耐磨性差的問題。

18、此外，本發(fā)明僅采用簡單噴涂方式或刮涂方式便可以制得，不需要耗時(shí)的預(yù)處理步驟、嚴(yán)格的工藝條件、昂貴藥瓶和設(shè)備，制備工藝簡單實(shí)用，超疏水效果好可達(dá)162.3°，工藝過程環(huán)境友好，生產(chǎn)成本較低，且在玻璃、鋼板、木材等基底上的附著力及耐磨損程度強(qiáng)，通用性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)大面積制備及應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，洗去多余酸的步驟中采用去離子水清洗酸、氨水中和酸、氫氧化鈉中和酸中的任一種；對(duì)于氨水中和酸或氫氧化鈉中和酸，透析時(shí)要檢測透析液的電阻率，直至不再變化時(shí)為止。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，洗去多余酸的步驟中采用氨水中和酸時(shí)，中和酸用氨水的濃度為10％；洗去多余酸的步驟中采用氫氧化鈉中和酸時(shí)，氫氧化鈉摩爾濃度為0.1m。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，先加入硅烷偶聯(lián)劑做納米纖維素與納米顆粒的連接劑，反應(yīng)完成后再加入硅烷改性劑進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑選用3-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，水性聚氨酯與乙酸丁酯的比例為1：3；每12.5平方厘米基材噴涂2～4ml的水性聚氨酯稀釋液、1～4ml的納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，所述硅烷改性劑為十三烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等無氟疏水改性劑中的一種或幾種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，所述納米粒子為納米二氧化硅粒子、納米氧化鋅粒子、納米二氧化鈦粒子、納米碳酸鈣粒子、納米氧化錫粒子中的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，所述纖維素粉為粒徑25μm或65μm的微晶纖維素。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，選用噴槍噴涂，噴槍壓力為2～3bar。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：先制備納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液，把水性聚氨酯噴涂在基材上面，再將納米纖維素負(fù)載疏水納米粒子的分散液噴涂在半干的水性聚氨酯膜上，室溫下進(jìn)行干燥，得到水性聚氨酯型超疏水復(fù)合涂層。該方法采用纖維素能夠與水性聚氨酯層緊密結(jié)合增強(qiáng)涂層的耐磨性，并盡可能保證將負(fù)載在纖維素上的疏水顆粒暴露在涂層表面。且該方法簡單無毒無污染，增強(qiáng)了疏水涂層的耐磨性，可用于聚水裝置、海上風(fēng)電裝置涂裝、防腐蝕鋼鐵架構(gòu)等，可大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：董兵海,吳晗,林華明,劉合歡,李靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9