一种有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法与流程

1.本发明涉及有机硅疏水涂层技术领域，具体地说，涉及一种有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法。


背景技术：

2.有机硅的涂料涂层具有很多优点，且应用于多个领域，但在现有技术中可能存在一些问题，包括疏水性不足、耐污性不足和硬度不足等。
3.1、疏水性不足：在现有有机硅涂料超疏水涂层中，尽管可以通过添加表面改性剂实现某种程度的疏水性，但仍然可能存在疏水性不足的问题；这意味着涂层表面不够光滑，水滴不能充分在表面上弹开，形成较高的水接触角。
4.2、耐污性不足：现有有机硅涂料超疏水涂层可能面临耐污性不足的挑战；这意味着涂层容易被污染物如油、污垢等附着，导致涂层表面变脏、降低疏水性能，甚至无法完全清洁。
5.3、硬度不足：有机硅涂料超疏水涂层中，由于涂层本身材料的软性，可能存在硬度不足的问题；这可能导致涂层容易受到划痕、磨损和细微损坏，影响涂层的耐久性和使用寿命。
6.上述指出的现有技术不足之处严重影响了涂层的实用性，例如汽车行业：超疏水性可以减少水滴附着，提高行车视线的清晰度，防止水滴残留和水雾的形成，耐污性可以防止尘土、昆虫残渣和油漆溅点等污染物的附着，保持车辆外观清洁，硬度和耐磨性可以保护涂层免受划痕和磨损，提高车身涂层的耐用性，
7.鉴于此，急需一种能够提供具有超疏水性能的有机硅涂料超疏水涂层来改善现有技术的不足。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种有机硅的涂料超疏水涂层，包括以下原料：
10.有机硅聚合物，40-60wt％；
11.纳米二氧化硅颗粒，3-8wt％；
12.表面改性剂，0.5-2wt％；
13.增稠剂，0.1-1wt％；
14.溶剂，余量。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述有机硅聚合物采用聚甲基硅氧烷。
16.作为本技术方案的进一步改进，所述表面改性剂采用三甲氧基硅烷和全氟烷基硅烷中的一种。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述增稠剂采用有机胶体和聚合物增稠剂中的一种。
18.作为本技术方案的进一步改进，所述溶剂采用正己烷和二甲基苯中的一种。
19.作为本技术方案的进一步改进，所述有机胶体采用聚乙烯醇和羟甲基纤维素钠中的一种。
20.作为本技术方案的进一步改进，所述聚合物增稠剂采用乙基纤维素和聚丙烯酸的一种。
21.另一方面，本发明提供了一种用于上述中任意一项所述的有机硅的涂料超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
22.s1、将增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；
23.s2、将有机硅聚合物、纳米二氧化硅颗粒和表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；
24.s3、涂布前进行稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；
25.s4、进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；
26.s5、使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥；在待涂层固化后，进行热处理。
27.优选的，所述s6中，干燥温度为60-80℃，时间为2-3小时。
28.优选的，所述s7中，固化温度为130-150℃，时间为1-2小时。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果：
30.1、该有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法中，纳米二氧化硅颗粒可以增加涂层的硬度和耐磨性，提高涂层的耐久性；表面改性剂中的含氟基团可以在涂层表面形成疏水层，改善涂层的超疏水性能和耐污性；通过纳米二氧化硅颗粒的加入，表面改性剂更容易均匀分散在涂料中，增加了表面改性剂的有效接触面积和作用效果，进一步提高超疏水性能。
31.2、该有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法中，增稠剂可以调整涂料的流变性能，改善涂料的黏度和流体胶凝特性；纳米二氧化硅颗粒的加入能够与增稠剂形成空隙填充效应，增加涂料的黏度和体积稠度，并提升涂膜厚度；这种协同效应使涂料在涂布过程中更易操作和控制，同时也增强了涂膜的整体厚度和坚固性。
32.3、该有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法中，通过表面改性剂和纳米二氧化硅的加入，涂层表面形成疏水层，使涂层具有出色的超疏水性能，水和污染物难以附着在表面上；纳米二氧化硅颗粒的加入增加了涂层的硬度和耐磨性，提高了涂层的耐久性和耐用性；增稠剂的作用调整了涂料的流变性能，使其在涂布过程中更易于操作和控制，提高了涂膜的均匀性和质量。
33.4、该有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法中，能够提供具有超疏水性能的有机硅涂料超疏水涂层，使涂层可以有效地抵抗水和污染物的渗透，具有自清洁和耐久性；改善涂料的加工性能，使其易于涂布和处理；提高涂料的黏度、流变性和涂层的耐磨性，增强涂层的耐久性和性能稳定性；通过增加纳米颗粒、改性剂的添加，改善涂层的抗污染性和表面硬度。
附图说明
34.图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明实施例提供一种有机硅的涂料超疏水涂层，包括以下原料：
37.有机硅聚合物，40-60wt％；优选采用聚甲基硅氧烷；
38.纳米二氧化硅颗粒，3-8wt％；添加纳米颗粒可以改善涂层的机械性能和疏水性能，增加涂层的硬度和耐磨性，从而提高涂层的耐久性；
39.表面改性剂，0.5-2wt％；选用三甲氧基硅烷和全氟烷基硅烷中的一种；三甲氧基硅烷具有亲水基团，可改善涂层表面的水接触角，提高超疏水性能；全氟烷基硅烷为含有氟原子的疏水基团可在表面形成疏水层，使涂层更具疏水性和耐污性；引入表面改性剂可以增加涂层表面的水接触角，提高涂层的超疏水性能；
40.增稠剂，0.1-1wt％；选用有机胶体和聚合物增稠剂中的一种；有机胶体选用聚乙烯醇和羟甲基纤维素钠中的一种，可以调整涂料的粘度和流变特性，提高涂料的稳定性和涂膜质量；聚合物增稠剂选用乙基纤维素和聚丙烯酸的一种，通过聚合物的高分子量和扩展能力，增加涂料的黏度和流体胶凝特性，防止涂料的沉降和分离；添加增稠剂可以改善涂料的流变性能，防止涂料的沉降和分离；
41.溶剂，余量；选用正己烷和二甲基苯中的一种；正己烷具有良好的挥发性和溶解性，可以帮助有机硅聚合物和其他成分的均匀分散和溶解；二甲基苯适用于有机硅涂料，具有较低的毒性和挥发性，不会对基材造成损害。
42.根据图1所示，本发明实施例还提供了用于制备上述一种有机硅的涂料超疏水涂层的制备方法，具体步骤如下：
43.(1)将增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；
44.(2)将有机硅聚合物、纳米二氧化硅颗粒和表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；
45.(3)涂布前，根据需要进行适度稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；
46.(4)进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；
47.(5)使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；
48.(6)将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥，干燥温度为60-80℃，时间为2-3小时，确保溶剂完全挥发；
49.(7)在待涂层固化后，进行热处理，固化温度为130-150℃，时间为1-2小时，以进一步交联和固化有机硅聚合物。
50.本发明中，纳米二氧化硅颗粒可以增加涂层的硬度和耐磨性，提高涂层的耐久性；表面改性剂中的含氟基团可以在涂层表面形成疏水层，改善涂层的超疏水性能和耐污性；通过纳米二氧化硅颗粒的加入，表面改性剂更容易均匀分散在涂料中，增加了表面改性剂
的有效接触面积和作用效果，进一步提高超疏水性能。
51.增稠剂可以调整涂料的流变性能，改善涂料的黏度和流体胶凝特性；纳米二氧化硅颗粒的加入能够与增稠剂形成空隙填充效应，增加涂料的黏度和体积稠度，并提升涂膜厚度；这种协同效应使涂料在涂布过程中更易操作和控制，同时也增强了涂膜的整体厚度和坚固性。
52.通过表面改性剂和纳米二氧化硅的加入，涂层表面形成疏水层，使涂层具有出色的超疏水性能，水和污染物难以附着在表面上；纳米二氧化硅颗粒的加入增加了涂层的硬度和耐磨性，提高了涂层的耐久性和耐用性；增稠剂的作用调整了涂料的流变性能，使其在涂布过程中更易于操作和控制，提高了涂膜的均匀性和质量。
53.综上所述，本发明能够提供具有超疏水性能的有机硅涂料超疏水涂层，使涂层可以有效地抵抗水和污染物的渗透，具有自清洁和耐久性；改善涂料的加工性能，使其易于涂布和处理；提高涂料的黏度、流变性和涂层的耐磨性，增强涂层的耐久性和性能稳定性；通过增加纳米颗粒、改性剂的添加，改善涂层的抗污染性和表面硬度。
54.根据不同的原料用量，通过以下具体的实施例来对本发明提供的有机硅的涂料超疏水涂层进一步说明。
55.实施例1
56.(1)将0.1wt％的增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；
57.(2)将40wt％的有机硅聚合物、3wt％的纳米二氧化硅颗粒和0.5wt％的表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；
58.(3)涂布前，根据需要进行适度稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；
59.(4)进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；
60.(5)使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；
61.(6)将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥，干燥温度为60-℃，时间为3小时，确保溶剂完全挥发；
62.(7)在待涂层固化后，进行热处理，固化温度为130℃，时间为2小时，以进一步交联和固化有机硅聚合物。
63.实施例2
64.(1)将0.5wt％的增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；
65.(2)将50wt％的有机硅聚合物、5wt％的纳米二氧化硅颗粒和1wt％的表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；
66.(3)涂布前，根据需要进行适度稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；
67.(4)进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；
68.(5)使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；
69.(6)将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥，干燥温度为50℃，时间为3小时，确保溶剂完全挥发；
70.(7)在待涂层固化后，进行热处理，固化温度为140℃，时间为2小时，以进一步交联和固化有机硅聚合物。
71.实施例3
72.(1)将1wt％的增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；
73.(2)将60wt％的有机硅聚合物、8wt％的纳米二氧化硅颗粒和2wt％的表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；
74.(3)涂布前，根据需要进行适度稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；
75.(4)进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；
76.(5)使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；
77.(6)将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥，干燥温度为80℃，时间为2小时，确保溶剂完全挥发；
78.(7)在待涂层固化后，进行热处理，固化温度为150℃，时间为1小时，以进一步交联和固化有机硅聚合物。
79.表1实施例1-3各材料用量
[0080][0081]
为了验证本发明实施例制备的有机硅疏水涂层具有较好的疏水性和耐污性能，通过以下试验例来对本发明实施例提供的有机硅的涂料超疏水涂层进行说明。
[0082]
试验例
[0083]
本试验例对实施例1-3提供的超疏水涂层和现有技术提供的疏水涂层进行测试；
[0084]
对比例：传统无机硅涂料，采用正己烷作为溶剂；
[0085]
方法：
[0086]
1、接触角测量：使用接触角测量仪，在每组涂层样品上测量水接触角，每个样品至少测量3次，取平均值作为结果，检测的角度范围设置为0
°
到180
°
；
[0087]
2、污染耐受性测试：使用染料、油墨污染物，在每组涂层样品上施加污染物；使用光电测色仪设备，评估每组涂层样品对污染物的抗污染性能；
[0088]
3、硬度测试：使用铅笔硬度测试，通过确定铅笔能否在涂层表面留下痕迹来评估硬度，硬度等级包括2b、3b、4b。
[0089]
具体检测指标见表2。
[0090]
表2
[0091] 实施例1实施例2实施例3对比例水接触角(
°
)150150140110污染耐受性无污染无污染无污染中度污染硬度等级2b2b2b3b
[0092]
根据表2所示，本发明实施例1-3提供的疏水涂层相较于对比例(现有技术)，具有较好的疏水性，污染耐受性较好，且具有较好的硬度等级；因此可以说明，本发明能够提供
具有超疏水性能的有机硅涂料超疏水涂层，具有自清洁和耐久性，同时改善涂层的抗污染性和表面硬度。
[0093]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于，包括以下原料：有机硅聚合物，40-60wt％；纳米二氧化硅颗粒，3-8wt％；表面改性剂，0.5-2wt％；增稠剂，0.1-1wt％；溶剂，余量。2.根据权利要求1所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述有机硅聚合物采用聚甲基硅氧烷。3.根据权利要求1所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述表面改性剂采用三甲氧基硅烷和全氟烷基硅烷中的一种。4.根据权利要求1所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述增稠剂采用有机胶体和聚合物增稠剂中的一种。5.根据权利要求1所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述溶剂采用正己烷和二甲基苯中的一种。6.根据权利要求4所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述有机胶体采用聚乙烯醇和羟甲基纤维素钠中的一种。7.根据权利要求4所述的有机硅的涂料超疏水涂层，其特征在于：所述聚合物增稠剂采用乙基纤维素和聚丙烯酸的一种。8.一种用于权利要求1-7中任意一项所述的有机硅的涂料超疏水涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将增稠剂逐步加入溶剂中，并充分搅拌，直至获得均匀的溶液；s2、将有机硅聚合物、纳米二氧化硅颗粒和表面改性剂依次加入溶剂中，并进行充分搅拌，直至溶解和均匀分散，形成有机硅涂料；s3、涂布前进行稀释，以调整涂料的粘度和流变特性；s4、进行预处理：确保待涂层的表面干燥、清洁，并去除杂质和氧化物；s5、使用喷涂方法将有机硅涂料均匀地涂布在待涂层的表面上；将涂布好的材料使用烘箱进行加速干燥；在待涂层固化后，进行热处理。9.根据权利要求8所述的有机硅的涂料超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述s6中，干燥温度为60-80℃，时间为2-3小时。10.根据权利要求8所述的有机硅的涂料超疏水涂层的制备方法，其特征在于：所述s7中，固化温度为130-150℃，时间为1-2小时。

技术总结
本发明涉及有机硅疏水涂层技术领域，具体地说，涉及一种有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法。其包括：有机硅聚合物、纳米二氧化硅颗粒、表面改性剂、增稠剂和溶剂；该有机硅的涂料超疏水涂层及其制备方法中，纳米二氧化硅颗粒可以增加涂层的硬度和耐磨性，提高涂层的耐久性；表面改性剂中的含氟基团可以在涂层表面形成疏水层，改善涂层的超疏水性能和耐污性；通过纳米二氧化硅颗粒的加入，表面改性剂更容易均匀分散在涂料中，增加了表面改性剂的有效接触面积和作用效果，进一步提高超疏水性能；疏水涂层能够有效地抵抗水和污染物的渗透；改善涂料的加工性能，增强涂层的耐久性和性能稳定性；改善涂层的抗污染性和表面硬度。改善涂层的抗污染性和表面硬度。改善涂层的抗污染性和表面硬度。


技术研发人员：彭玉喆 张宇轩 曹子露 钱锦 张铭杰 张静怡
受保护的技术使用者：彭玉喆
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/9/26