一種超順滑涂料制造技術

本發明專利技術提供了一種超順滑涂料，包括以下原料：氟化聚氨酯，氟硅聚合物納米粒子，附著力增強劑和溶劑；其特征在于，所述氟硅聚合物納米粒子是通過官能團封端的聚硅氧烷、能與聚硅氧烷端基官能團反應的RAFT試劑、丙烯酸、丙烯酸氟代烷基酯、丙烯酸羥基烷基酯和苯乙烯通過RAFT反應得到的嵌段共聚物，為核?殼結構，核為聚苯乙烯鏈段，殼為聚硅氧烷，丙烯酸氟代烷基酯，丙烯酸，丙烯酸羥基烷基酯的嵌段共聚物鏈段。本發明專利技術提供的超順滑涂料所得涂層具有疏水、疏油、自修復、耐磨、耐腐蝕、強度高的超順滑性能，可適用于多種不同基材的表面處理。

【技術實現步驟摘要】
一種超順滑涂料
本專利技術涉及涂料領域，特別是指一種超順滑涂料。
技術介紹
制備具有特殊浸潤功能的表面，是界面科學領域的研究熱點。自上世紀70年代“荷葉效應”被發現以來，仿生超疏水表面為物體帶來減阻、防污、自清潔等優良特質的研究得到持續關注與發展，也作為一個仿生學的生動例子在自然和技術之間搭起了一道橋梁。但是，時至今日，超疏水涂層在目前生產生活中的實際應用還存在諸多未能克服的問題，例如大多數超疏水材料仍存在較差的耐用性，機械強度低，它們脆弱而多孔的表面質地和薄弱的附著力甚至可以通過手指輕掃而輕松移除。目前少數報道的幾款超疏水材料，以砂紙磨擦、膠帶剝離為測試均表現出相對良好的機械耐久性。然而，所有這些報告的材料都存在材料系統單一，價格昂貴，很難工業化生產等不足。超順滑是自然界另一種具有特殊浸潤效應的結果，2011年哈弗大學Aizenberg課題組仿生豬籠草光滑表面捕食昆蟲的原理，第一次提出了易滑液體灌注多孔表面(Slipperyliquidinfusedporoussurface，SLIPS)的概念。其本質在于，通過低表面能的液體灌注多孔結構，將多孔固體中的氣膜替換為液膜，形成更為穩定的“固/液復合膜層”，克服了超疏水結構“固/氣”表面存在的穩定性差等問題。因灌注于多孔結構中的潤滑液的低表面能特性，使環境液體在該“固/液復合結構”表面具有較大接觸角及較小滑動角，難以對表面附著或入侵，因此該表面也稱為“超順滑表面”。超順滑表面表現出獨特的自清潔、自修復、防沾污等性能，自開發以來迅速成為研究熱點，并在防腐、防冰防霧、抗菌防污、油水分離等領域表現出廣闊的應用前景。然而，目前如何制備出性能穩定的超順滑表面依然存在很大挑戰。一方面，超順滑表面的設計與制備標準未見明確報道，如基底粗糙度最佳范圍，適用的潤滑油有哪些，如何評價超順滑表面可靠性等都沒有明確提出。另一方面，制備過程中所用的潤滑油雖然具有化學惰性，但是分子擴散始終都在進行，長時間和環境介質接觸，潤滑油終將失效。高溫、水流沖擊、結冰-解凍循環過程中對超順滑表面造成的破壞和失效仍未得到解決，因此，如何制備環境適應性強、服役可靠、性能高的超滑表面，亟需科研人員努力攻克。除了通過低表面能的物質外，還可以通過材料表面構筑微-納結構，通過改變表面粗糙度來提高表面疏水性，其中微米-納米的微納結構是目前構建疏水材料和表面的一個研究方向。用化學方法或者脈沖激光或超快脈沖激光制備各種微納結構，實現疏水性已有許多專利和文獻報道，但是構建微米-納米的多級微觀結構，制備工藝復雜，成本高，效率低，重復性不夠好，對試驗條件和疏水物質的尺寸，形貌提出較高的要求，操作復雜，并不利于工業化的生產。CN102093697A公開了一種仿荷葉表面的超疏水薄膜，包括低表面能材質的基膜和該基膜上形成的微-納結構，微-納結構包括基膜和該基膜上均勻分布的微米級顆粒和該微米級顆粒上長出的納米級乳突，成膜后具有疏水的自清潔效果，其納米粒子為多為改性無機納米粒子，抗腐蝕能力和穩定性不足。基于以上，超順滑材料具有一定的疏水性，但還未達到超疏水的效果,超疏水涂層雖然對水具有低粘附性能，但對原油、蜂蜜粘度大的液體的粘附性能較高，一旦接觸到表面，很難從表面清除。另外，無論超順滑表面，還是超疏水表面涂層，涂層材料與基底之間較弱的附著力，涂層本身力學強度低，耐候性和持久性不長等缺陷是阻礙這一類新材料在諸多領域應用以及技術轉化的重要原因。因此，開發一種性能優異，能夠在各種條件下保持很好的疏水性，同時和基材附著力強，涂層本身力學強度高，經久耐用的疏水涂料具有重要的商業價值。
技術實現思路
為克服現有技術中超順滑涂層都需要低表面能潤滑油填充，疏水性能不能經久穩定保持，特別是在一些極端條件下，比如高溫高濕，紫外照射，抗凍解凍的情況下，現有的易滑液體灌注多孔表面疏水性會隨著時間流逝而逐漸下降。此外，現有的超順滑涂層和基材之間的附著力強度低是制約其發展的因素。本專利技術利用低表面能的含氟化合物和微-納結構協同作用，配合構建得到一種和基材親和力強，耐候性好，制備方便的超順滑涂料。基于上述現有技術的缺陷，本專利技術第一個目的在于提供一種超順滑涂料，包括以下原料：氟化聚氨酯，氟硅聚合物納米粒子，附著力增強劑和溶劑；其特征在于，所述氟硅聚合物納米粒子是通過官能團封端的聚硅氧烷、能與聚硅氧烷端基官能團反應的RAFT試劑、丙烯酸、丙烯酸氟代烷基酯、丙烯酸羥基烷基酯和苯乙烯通過RAFT反應得到的嵌段共聚物，為核-殼結構，核為聚苯乙烯鏈段，殼為聚硅氧烷，丙烯酸氟代烷基酯，丙烯酸，丙烯酸羥基烷基酯的嵌段共聚物鏈段。所述活性官能團封端的聚硅氧烷中，活性官能團可以是羧基、羥基、氨基、氰酸酯基；RAFT試劑上帶有能與聚硅氧烷上述官能團反應的基團，比如羥基，羧基，氨基等。優選地，本專利技術超順滑涂料包括以下重量份的原料：20-40份氟化聚氨酯，10-20份氟硅聚合物納米粒子，1-5份附著力增強劑，40-90份氟代烷烴溶劑，20-40份酯類和/或酮類溶劑。優選地，所述氟硅聚合物納米粒子的粒徑在30-500nm之內可控，優選在100-300nm。進一步地，調控氟硅聚合物納米粒子的粒徑的方式為以下方式之一或者幾種的組合：a)調節苯乙烯和/或鏈轉移劑的用量；b)調控反應時間；c)調控反應溫度；d)調控引發劑種類和用量。優選方法a)和/或方法b)。調控反應溫度和引發劑雖然也可以調節氟硅聚合物納米粒子的粒徑，但是粒徑的線性關系和溫度，引發劑用量不如方法a)，方法b)線性關系好。所得粒徑范圍較寬。因此本領域技術人員理解的是，方法c)和方法d)，雖然不是本專利技術優選技術方案，但仍涵蓋在本專利技術保護范圍中。更進一步地，所述氟硅聚合物，具有如下式(I)所示的結構：其中R1，R2獨立地為H，碳原子數1至4的烷基，碳原子數1至4的烷氧基，羥基，R3為碳原子數1至16的氟代烷基，R4為羥基取代的烷基，Ar為碳原子數6至20的的芳基，A為為-R5-OCO-R6-，其中R5，R6獨立選自(Si(CH3)2)t-碳原子數1至4的亞烷基，(Si(CH3)2)t-碳原子數1至4的亞烷氧基，R5，R6任選地被羥基，鹵原子取代,t為0或1；n選自50-80的整數，m選自5-20的整數，p選自10-50的整數，q選自10-50的整數，s選自100-1000的整數。在本專利技術一個具體實施方式中，R5，R6中一個為碳原子數1至4的亞烷基，另一個為-(Si(CH3)2)-碳原子數1至4的亞烷基。進一步地，碳原子數1至4烷基選自甲基，乙基，丙基，丁基；C1-C4烷氧基選自甲氧基，乙氧基，丙氧基，丁氧基；碳原子數1至4烷基選自亞甲基，亞乙基，亞丙基，亞丁基；C1-C16氟代烷基選自-(CH2)a-CF3,-(CF2)aCF3,-(CF2)aCHF2,-(CH2)b(CHF)c-CF3，-(CH2)b-(CHF)c-CHF2,其中a、b、c獨立地選自0至16的整數，條件是整個氟代烷基中碳原子數為1-16的整數；R4選自-(CH2)dOH，-(CH2)e(CHOH本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種超順滑涂料，包括以下原料：氟化聚氨酯，氟硅聚合物納米粒子，附著力增強劑和溶劑；其特征在于，所述氟硅聚合物納米粒子是通過官能團封端的聚硅氧烷、能與聚硅氧烷端基官能團反應的RAFT試劑、丙烯酸、丙烯酸氟代烷基酯、丙烯酸羥基烷基酯和苯乙烯通過RAFT反應得到的嵌段共聚物，為核-殼結構，核為聚苯乙烯鏈段，殼為聚硅氧烷，丙烯酸氟代烷基酯，丙烯酸，丙烯酸羥基烷基酯的嵌段共聚物鏈段。/n

【技術特征摘要】
1.一種超順滑涂料，包括以下原料：氟化聚氨酯，氟硅聚合物納米粒子，附著力增強劑和溶劑；其特征在于，所述氟硅聚合物納米粒子是通過官能團封端的聚硅氧烷、能與聚硅氧烷端基官能團反應的RAFT試劑、丙烯酸、丙烯酸氟代烷基酯、丙烯酸羥基烷基酯和苯乙烯通過RAFT反應得到的嵌段共聚物，為核-殼結構，核為聚苯乙烯鏈段，殼為聚硅氧烷，丙烯酸氟代烷基酯，丙烯酸，丙烯酸羥基烷基酯的嵌段共聚物鏈段。


2.如權利要求1所述的超順滑涂料，其特征在于，所述超順滑涂料包括以下重量份的原料：20-40份氟化聚氨酯，10-20份氟硅聚合物納米粒子，1-5份附著力增強劑，40-90份氟代烷烴溶劑，20-40份酯類和/或酮類溶劑。


3.如權利要求1所述的超順滑涂料，其特征在于，所述氟硅聚合物，具有如下式(I)所示的結構：



其中R1，R2獨立地為H，碳原子數1至4的烷基，碳原子數1至4的烷氧基，羥基，R3為碳原子數1至16的氟代烷基，R4為羥基取代的烷基，Ar為碳原子數6至20的的芳基，A為為-R5-OCO-R6-，其中R5，R6獨立選自(Si(CH3)2)t-碳原子數1至4的亞烷基，(Si(CH3)2)t-碳原子數1至4的亞烷氧基，R5，R6任選地被羥基，鹵原子取代，t為0或1；n選自50-80的整數，m選自5-20的整數，p選自10-50的整數，q選自10-50的整數，s選自100-1000的整數。


4.如權利要求3所述的超順滑涂料，其特征在于，碳原子數1至4烷基選自甲基，乙基，丙基，丁基；C1-C4烷氧基選自甲氧基，乙氧基，丙氧基，丁氧基；碳原子數1至4烷基選自亞甲基，亞乙基，亞丙基，亞丁基；C1-C16氟代烷基選自-(CH2)a-CF3,-(CF2)aCF3,-(CF2)aCHF2,-(CH2)b(CHF)c-CF3，-(CH2)b-(CHF)c-CHF2,其中a、b、c獨立地選自0至16的整數，條件是整個氟代烷基中碳原子數為1-16的整數；R4選自-(CH2)dOH，-(CH2)e(CHOH)fCH2(OH)，-(CHOH)f(CH2)eCH2OH，-(CH2)e(CHOH)fCH3，-(CHOH)f(CH2)eCH3，其中d為1至6的整數，e和f為0至5的整數，條件是e+f為1至5的整數；Ar為苯基，萘基；
優選地，R1，R2為甲基，R3為-CH2CF3,-CF2CF3，-CF2CF2CF3，-CH2CF2CHF2，R4選自-CH2CH2OH，-CHOHCH2OH，-CH2CH2CH2OH，-CH2CH2CH2CH2OH，Ar選自苯基，A為-(CH2)2-O-(CH2)2-O-CO-CH(CH3)-，-(CH2)2-O-(CH2)2-O-CO-CH2-，-Si(CH3)2-(CH2)3-O-(CH2)2-O-CO-CH(CH3)-，-O-CO-CH(CH3)-，-O-CO-CH2-。


5.如權利要求1-4任一項所述的超順滑涂料，其特征在于，所述氟硅聚合物納米粒子是通過包括以下步驟的制備方法制得：
(S1)羥基封端的聚硅氧烷和帶有羧基的RAFT試劑反應得到含有聚硅氧烷鏈段的鏈轉移劑；
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙瑋，
申請(專利權)人：趙瑋，
類型：發明
國別省市：山東;37