一种双重固化氟硅疏水涂层材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种双重固化氟硅疏水涂层材料及其制备方法，所述双重固化氟硅疏水涂层材料按以下步骤制备：1）将乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶联剂和丙烯酸混合均匀，再加入氟碳树脂和溶剂并混合均匀，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的质量百分比为5.2%~7.6%，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为3.5~4.5∶1∶5.5~6.5；2）向上述混合料中加入消泡剂、分散剂和润湿剂并混合均匀，研磨，向研磨后的物料中加入异氰酸酯类固化剂和光引发剂，混合均匀，得喷涂料；将喷涂料喷涂、曝光、烘干，即得到疏水涂层材料。本发明的疏水涂层材料兼具良好的附着力和疏水特性，且其制备方法简单，工艺条件温和，无需昂贵复杂的设备，适合工业化生产。

权利要求

1.一种双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，按以下步骤制备：

1）将乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶联剂和丙烯酸混合均匀，然后加入氟碳树脂和溶剂并混合均匀，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的质量百分比为5.2% 7.6%，且乙~烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为3.5 4.5∶1∶5.5 6.5；

~ ~

2）向上述混合料中加入消泡剂、分散剂和润湿剂并混合均匀，研磨，向研磨后的物料中加入异氰酸酯类固化剂和光引发剂，并混合均匀，得喷涂料；将所得喷涂料喷涂、曝光、烘干，即得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

2.根据权利要求1所述的双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，所述异氰酸酯类固化剂为IPDI三聚体，所述硅烷偶联剂为KH-570。

3.根据权利要求1所述的双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，所述光引发剂的用量为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶联剂三者质量之和的2% 2.5%。

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4.根据权利要求1或3所述的双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，所述光引发剂包括光引发剂TPO和光引发剂184，所述光引发剂TPO和光引发剂184的质量比为1 1.5∶1。

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5.根据权利要求1所述的双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，所述二氧化硅占混合料的质量百分比为7.0% 7.6%，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为4∶~

1∶6。

6.根据权利要求1所述的双重固化氟硅疏水涂层材料，其特征在于，曝光时间为25s，烘干温度为140℃。

7.一种双重固化氟硅疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶联剂和丙烯酸混合，并搅拌至均匀，然后加入氟碳树脂和溶剂，继续搅拌，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的质量百分比为5.2%~

7.6%，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为3.5 4.5∶1∶5.5 6.5；

~ ~

b、向上述混合料中加入消泡剂、润湿剂和分散剂，搅拌4 6h后研磨物料，向研磨后的物~料中加入异氰酸酯类固化剂和光引发剂，混合均匀，得喷涂料；

c、将上述喷涂料喷涂、曝光、烘干，即得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

8.根据权利要求7所述的双重固化氟硅疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述二氧化硅占混合料的质量百分比为7.0% 7.6%，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅~和丙烯酸的质量比为4∶1∶6。

9.根据权利要求7所述的双重固化氟硅疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述异氰酸酯类固化剂为IPDI三聚体，所述光引发剂为光引发剂TPO和光引发剂184，所述光引发剂的用量为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶联剂三者质量之和的2% 2.5%，~且所述光引发剂TPO和光引发剂184的质量比为1 1.5∶1。

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10.根据权利要求7所述的双重固化氟硅疏水涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤c中，曝光时间为25s，烘干温度为140℃。

说明书

一种双重固化氟硅疏水涂层材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种疏水涂层材料及其制备方法，具体涉及一种双重固化氟硅疏水涂层材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 疏水涂层通常是指水在涂层表面的静态接触角大于90°的涂层，当水在疏水涂层表面的静态接触角大于150°时称该涂层为超疏水涂层。目前，现有的疏水涂层具备多种功能，如自清洁、防覆冰、防污染、防腐蚀、防水等，可满足不同的市场需求，在航空、航海、能源、建筑、电子、防腐、传感器等领域具有非常广阔的应用前景。

[0003] 目前，疏水材料的制备方法主要有：电化学法、相分离法、模板法、溶胶-凝胶法、电纺丝技术、气相沉积法、层层自组装法等。然而，上述方法不仅过程复杂，而且需要昂贵的仪器设备和苛刻的工艺条件，难以进行规模化工业生产，无法真正得到应用。通过喷涂涂膜法将制备的疏水喷涂液均匀的喷涂于基底形成疏水涂层是目前较为常见的一种方法，但是，该方法所得到的涂层的附着力较差，易发生剥离脱落，从而降低疏水能力。因此，研究出一种工艺简单且涂层附着力好的制备方法具有重大的意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是提供一种双重固化氟硅疏水涂层材料及其制备方法，以解决现有疏水涂层材料的制备过程复杂、所需工艺条件苛刻、所用仪器设备昂贵以及涂层附着力差的问题。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 一种双重固化氟硅疏水涂层材料，按以下步骤制备：

[0007] 1)将乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶联剂和丙烯酸混合均匀，然后加入氟碳树脂和溶剂并混合均匀，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的质量百分比为5.2％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为3.5～4.5∶1∶5.5～6.5；

[0008] 2)向上述混合料中加入消泡剂、分散剂和润湿剂并混合均匀，研磨，向研磨后的物料中加入异氰酸酯类固化剂和光引发剂，并混合均匀，得喷涂料；将所得喷涂料喷涂、曝光、烘干，即得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0009] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述异氰酸酯类固化剂为IPDI三聚体，所述IPDI三聚体的用量按式(Ⅰ)计算而得，

[0010]

[0011] 式中，OHV为氟碳树脂的羟值，mgKOH/g；42为NCO相对分子量；NCO为IPDI三聚体异氰酸值；NCO/OH取值1.1。

[0012] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述硅烷偶联剂为KH-570。

[0013] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述光引发剂的用量为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶联剂三者质量之和的2％～2.5％，所述光引发剂包括光引发剂TPO和光引发剂184，且所述光引发剂TPO和光引发剂184的质量比为1～1.5∶1。

[0014] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述二氧化硅占混合料的质量百分比优选为7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为优选4∶1∶6，所述二氧化硅的粒径为10～50mm。

[0015] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，曝光时间为25s，烘干温度为140℃。

[0016] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述溶剂为二甲苯或乙酸丁酯中的至少一种。

[0017] 本发明的双重固化氟硅疏水涂层材料中，所述消泡剂为有机硅油消泡剂，所述分散剂为改性聚氨酯，所述润湿剂为离子型润湿剂。

[0018] 本发明的疏水涂层材料兼具良好的附着力和疏水特性，其对水的接触角可达到150°以上，可广泛应用于输电导线、绝缘子、电力杆塔和航空航天等领域。

[0019] 本发明还提供一种双重固化氟硅疏水涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

[0020] a、将乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅、硅烷偶联剂和丙烯酸混合，并搅拌至均匀，然后加入氟碳树脂和溶剂，继续搅拌，得混合料；其中，二氧化硅占混合料的质量百分比为5.2％～7.6％，优选为7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为4∶1∶6；

[0021] b、向上述混合料中加入消泡剂、润湿剂和分散剂，搅拌4～6h后研磨物料，向研磨后的物料中加入异氰酸酯类固化剂和光引发剂，混合均匀，得喷涂料；

[0022] c、将上述喷涂料喷涂、曝光、烘干，即得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0023] 本发明方法的步骤a中，所述二氧化硅占混合料的质量百分比为7.0％～7.6％，且乙烯基三乙氧基硅烷、二氧化硅和丙烯酸的质量比为4∶1∶6。

[0024] 本发明方法的步骤a中，所述二氧化硅的粒径为10～50mm，所述硅烷偶联剂为KH-570，所述溶剂为二甲苯或乙酸丁酯中的至少一种。

[0025] 本发明方法的步骤b中，所述异氰酸酯类固化剂为IPDI三聚体，所述IPDI三聚体的用量按式(Ⅰ)计算而得，所述光引发剂包括光引发剂TPO和光引发剂184，所述光引发剂的用量为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酸和硅烷偶联剂三者质量之和的2％～2.5％，且所述光引发剂TPO和光引发剂184的质量比为1～1.5∶1，

[0026]

[0027] 式中，OHV为氟碳树脂的羟值，mgKOH/g；42为NCO相对分子量；NCO为IPDI三聚体异氰酸值；NCO/OH取值1.1。

[0028] 本发明方法的步骤b中，所述消泡剂为有机硅油消泡剂，所述分散剂为改性聚氨酯，所述润湿剂为离子型润湿剂。

[0029] 本发明方法的步骤c中，曝光时间为25s，烘干温度为140℃。

[0030] 本发明通过光固化和化学固化的双重固化方法，得到了兼具高疏水性和高附着力的疏水材料。本发明方法操作简单，工艺条件温和，无需采用昂贵复杂的设备，成本低，实用性高，适合工业化大规模生产。

附图说明

[0031] 图1是实施例1所制涂层材料的水接触角测试结果图。

[0032] 图2是实施例2所制涂层材料的水接触角测试结果图。

[0033] 图3是实施例3所制涂层材料的水接触角测试结果图。

[0034] 图4是实施例4所制涂层材料的水接触角测试结果图。

[0035] 图5是实施例4与对比例1所制涂层材料的样板表面对比图，其中a为实施例4所制样板，b为对比例1所制样板。

具体实施方式

[0036] 实施例1

[0037] 将13.144g乙烯基三乙氧基硅烷、3.286gSiO2、0.6g硅烷偶联剂KH-570和19.716g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入26g氟碳树脂和1g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.1g消泡剂，0.066g分散剂和0.06g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入3.3g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.432gTPO和0.288g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0038] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，测试结果如图1，其接触角为108.4°。

[0039] 实施例2

[0040] 将13.04g乙烯基三乙氧基硅烷、3.3gSiO2、0.45g硅烷偶联剂KH-570和19.572g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入9.3g氟碳树脂和1g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.068g消泡剂，0.065g分散剂和0.05g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入1.19g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.432gTPO和0.288g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0041] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，测试结果如图2，其接触角为150.3°。

[0042] 实施例3

[0043] 将13.109g乙烯基三乙氧基硅烷、3.278gSiO2、0.4g硅烷偶联剂KH-570和19.7g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入6g氟碳树脂和2g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.06g消泡剂，0.065g分散剂和0.04g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.076g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.399gTPO和0.265g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0044] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，测试结果如图3，其接触角为152.6°。

[0045] 实施例4

[0046] 将13.108g乙烯基三乙氧基硅烷、3.277gSiO2、0.3g硅烷偶联剂KH-570和19.663g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入5g氟碳树脂和2g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.06g消泡剂，0.066g分散剂和0.04g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.633g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.397gTPO和0.264g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料，所得涂层材料表面平整，无剥离，如图5中a所示。

[0047] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，测试结果如图4，其接触角为153°。

[0048] 实施例5

[0049] 将11.55g乙烯基三乙氧基硅烷、3.3gSiO2、0.45g硅烷偶联剂KH-570和21.45g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入9.3g氟碳树脂和1g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.068g消泡剂，0.065g分散剂和0.05g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入1.19g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.418gTPO和0.418g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0050] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，得其接触角为143.5°。

[0051] 实施例6

[0052] 将14.747g乙烯基三乙氧基硅烷、3.277gSiO2、0.3g硅烷偶联剂KH-570和21.301g丙烯酸加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入5g氟碳树脂和2g乙酸丁酯，继续搅拌10min，再向其中加入0.06g消泡剂，0.066g分散剂和0.04g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.633g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体以及0.436gTPO和0.291g184，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，曝光25s，并进行140℃烘干，得到双重固化氟硅疏水涂层材料。

[0053] 对所得涂层材料进行疏水角的测试，得其接触角为150°。

[0054] 对比例1

[0055] 将1.5gSiO2、0.24g硅烷偶联剂KH-570和16g乙酸丁酯加入四口烧瓶中进行高速机械搅拌20min，然后加入6g氟碳树脂，继续搅拌10min，再向其中加入0.04g消泡剂，0.09g分散剂和0.02g润湿剂，保持高速搅拌4h后得到混合物，将得到的混合物放入锥形磨中研磨；然后向研磨后的混合物中加入0.98g异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体，混合均匀，得喷涂料，将喷涂料以喷涂的方式涂覆到清洗过的马口铁上，制得样板，并进行140℃烘干，得到氟硅疏水涂层材料。所得涂层材料的表面有大量的二氧化硅粉末，且有大面积脱落，不能附着在马口铁基板上，如图5中b所示。