一種絕緣超疏水涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種絕緣超疏水涂層的制備方法。該方法采用硅酮玻璃膠和聚偏氟乙烯的混合分散液在基底材料表面進(jìn)行涂膜，并采用熱處理的工藝使涂膜在基底材料表面固化，所得涂層表面接觸角大于150°，具有良好的絕緣性，擊穿電壓大于15kV/mm。本方法所用工藝流程簡單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，重復(fù)性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)，制得的涂層具有優(yōu)良的超疏水性和絕緣性，適用于電子電路絕緣防水，手機(jī)絕緣防水，衛(wèi)星天線絕緣防水，織物絕緣防水，家電絕緣防霜，建筑和輸電線絕緣防冰凌等場合。
【專利說明】一種絕緣超疏水涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕緣超疏水涂層的制備方法，確切的說是一種利用硅酮玻璃膠和聚偏氟乙烯的混合分散液和熱處理制備絕緣超疏水涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，超疏水涂層引起了人們的普遍關(guān)注。如在自清潔材料、微流體和無損液體傳輸?shù)阮I(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用.超疏水涂層是指涂層表面與水的接觸角> 150°的涂層。超疏水涂層在自然界中廣泛存在，如蜻蜒翅膀、水黽的腿、荷葉等，它們均具有超疏水性和自清潔能力。大量的研究報道表明，此類超疏水涂層表面是由低表面能物質(zhì)的微納米級粗糙表面構(gòu)成的。
[0003]絕緣超疏水涂層，不僅具備超疏水性，而且具有絕緣性，可以應(yīng)用在電子電路絕緣防水，手機(jī)絕緣防水，衛(wèi)星天線絕緣防水，織物絕緣防水，家電絕緣防霜，建筑和輸電線絕緣防冰凌等場合，可以使雨水、雪水在涂層表面迅速凝聚成水滴，快速滾落并同時帶走表面污染物，保持涂層表面的清潔，防止冰霜和冰凌的形成，并避免因水進(jìn)入電子元件和電路引起的設(shè)備擊穿或損壞，從而可以減少水、冰、霜對電氣設(shè)備、建筑、織物的侵蝕與危害，改善絕緣性能，提高經(jīng)濟(jì)性和安全性。
[0004]國際上關(guān)于制備絕緣超疏水涂層的研究不多，相關(guān)專利也鮮有報道，到目前為止已有一些文獻(xiàn)采用如下的制備方法:(I)楊泰生等在《Journal of Ceramics》雜志2007,28,294-297報道了采用溶膠凝膠法、酸堿不同催化溶膠相混合，經(jīng)過熱處理，在電瓷片表面制備了具有雙重粗糙度的二氧化硅薄膜，然后用硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)氣相修飾，在薄膜表面自組裝一層硅烷偶聯(lián)劑分子，得到絕緣超疏水薄膜；(2)楊洋等在《High VoltageEngineering))雜志2010,36,621-626報道了采用疏水改性的納米SiO2粒子通過環(huán)氧一氨基體系化學(xué)沉積到低表面能基片·上構(gòu)筑具有類似荷葉微納米結(jié)構(gòu)的表面，制備絕緣超疏水涂層；(3)美國發(fā)明專利US2010/0189925報道了將化學(xué)刻蝕的聚四氟乙烯應(yīng)用于絕緣材料外層，制備穩(wěn)定的絕緣超疏水表面。
[0005]以上所列的制備方法，普遍使用的原材料昂貴，操作條件苛刻，工藝設(shè)備復(fù)雜，能耗高企，生產(chǎn)效率偏低，極大地提高了生產(chǎn)成本，限制了它們的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種簡化絕緣超疏水涂層的制備方法，該超疏水涂層可應(yīng)用于各種基體表面，解決制備工藝流程繁雜、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、所需設(shè)備昂貴的問題。
[0007]本發(fā)明目的技術(shù)方案是:一種絕緣超疏水涂層的制備方法，其特征在于先將聚偏氟乙烯粉體和硅酮玻璃膠加入有機(jī)溶劑中，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底材料表面，涂層?jīng)熱處理后即得絕緣超疏水涂層。
[0008]本發(fā)明所用的有機(jī)溶劑為二甲苯、四氫呋喃或乙醇，二甲苯沸點高不易去除，乙醇對硅酮玻璃膠的溶解能力不強(qiáng)，優(yōu)選溶劑為四氫呋喃。
[0009]本發(fā)明所用的娃酮玻璃膠為中性和酸性娃酮玻璃膠，中性娃酮玻璃膠固化時間長，粘結(jié)力弱于酸性硅酮玻璃膠，故優(yōu)選用酸性硅酮玻璃膠，其用量為有機(jī)溶劑質(zhì)量的5~20%。硅酮玻璃膠用量太小，易造成分散液粘度低涂抹不均勻，用量太大，分散液粘度增大不利于疏水顆粒的分散，優(yōu)選用量為5~10%。
[0010]本發(fā)明所用的聚偏氟乙烯粉體粒徑在100納米至I微米。粒徑過小聚偏氟乙烯粉體容易團(tuán)聚，粒徑過大則聚偏氟乙烯粉體影響涂層的透光性，優(yōu)選粒徑為200納米至800納米，用量為硅酮玻璃膠質(zhì)量的10~50%。用量太小，容易導(dǎo)致顆粒分布稀疏疏水效果差，用量太大，容易影響涂層的透光性，優(yōu)選用量為10~35%。
[0011]本發(fā)明所用的熱處理溫度為70~300°C，熱處理溫度高，容易造成聚偏氟乙烯熔融降低涂層的耐磨性，熱處理溫度低則不利于涂層快速制備，優(yōu)選熱處理溫度為100~250。。。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0013](I)采用本發(fā)明的方法，工藝設(shè)備簡單，重復(fù)性好，所用原料易得，生產(chǎn)成本低；
[0014](2)通過本發(fā)明方法制備的超疏水涂層，表面水接觸角大于150°，水滴在其表面極易滾動滑落并帶走表面的灰塵，從而保持涂層表面的清潔，同時防止冰霜和冰凌的形成；
[0015](3)通過本發(fā)明制備的絕緣超疏水涂層，具備良好的絕緣性能，擊穿電壓大于15kV/mm ；
[0016](4)本發(fā)明方法制備的絕緣超疏水涂層，可用于電子電路絕緣防水，手機(jī)絕緣防水，衛(wèi)星天線絕緣防水，織物絕緣防水，家電絕緣防霜，建筑和輸電線絕緣防冰凌等場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1所得的絕緣超疏水涂層表面的掃描電鏡圖；
[0018]圖2是實施例1所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0019]圖3是實施例2所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0020]圖4是實施例3所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0021 ] 圖5是實施例4所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0022]圖6是實施例5所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0023]圖7是實施例6所得的絕緣超疏水涂層表面的水接觸角狀態(tài)圖；
[0024]圖8是典型的絕緣超疏水涂層的對容量為4G的現(xiàn)代U盤電路板防水絕緣封裝性能示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026]掃描電鏡照片由JEOL JSM-6390LV型掃描電鏡測得。
[0027]接觸角數(shù)據(jù)由承德鼎盛JY-82型接觸角儀測得。
[0028]絕緣性能由美國MEGGER 30kV高壓絕緣測試儀MIT30測得。
[0029]實施例1[0030]將1.10克酸性硅酮玻璃膠溶于15.71克四氫呋喃中，完全溶解后加入0.44克250納米粒徑的聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?50°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層。如附圖1涂層表面的掃描電鏡照片所示，涂層表面由250納米左右的顆粒構(gòu)造得到一定的粗糙度，其水接觸角達(dá)到161°，如附圖2所示。由于涂層表面硅酮玻璃膠和聚偏氟乙烯具有良好的耐高壓性能，測得該涂層的擊穿電壓為19kV/mm，因此該涂層具有良好的絕緣性能。
[0031]實施例2
[0032]將1.14克酸性硅酮玻璃膠溶于11.40克四氫呋喃中，完全溶解后加入0.399克I納米粒徑的聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢瑁瞥苫旌戏稚⒁?，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?00°c烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達(dá)到159°，如附圖3所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達(dá)到18kV/mm。
[0033]實施例3
[0034]將1.02克酸性硅酮玻璃膠溶于14.57克二甲苯中，完全溶解后加入0.36克100微米粒徑的聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?0°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達(dá)到150°，如附圖4所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達(dá)到17kV/mm。
[0035]實施例4
[0036]將1.16克酸性硅酮玻璃膠溶于5.80克乙醇中，完全溶解后加入0.58克I微米粒徑的聚偏氟乙烯粉體聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?00°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達(dá)到152°，如附圖5所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達(dá)到16kV/mm。
[0037]實施例5`[0038]將1.02克中性硅酮玻璃膠溶于20.40克四氫呋喃中，完全溶解后加入0.102克10納米粒徑的聚偏氟乙烯粉體聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?50°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達(dá)到152°，如附圖6所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達(dá)到20kV/mm。
[0039]實施例6
[0040]將0.93克中性硅酮玻璃膠溶于6.20克二甲苯中，完全溶解后加入0.19克10微米粒徑的聚偏氟乙烯粉體聚偏氟乙烯粉體，充分?jǐn)嚢?，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底玻璃材料的表面，涂層?00°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達(dá)到150°，如附圖7所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達(dá)到19kV/mm。
【權(quán)利要求】
1.一種絕緣超疏水涂層的制備方法，其特征在于先將聚偏氟乙烯粉體和硅酮玻璃膠加入有機(jī)溶劑中，充分?jǐn)嚢瑁瞥苫旌戏稚⒁?，再將分散液均勻的涂抹于基底材料表面，涂層?jīng)熱處理后即得絕緣超疏水涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為二甲苯、四氫呋喃或乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的硅酮玻璃膠為酸性或中性，用量為有機(jī)溶劑質(zhì)量的5~20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的聚偏氟乙烯粉體粒徑在I納米至100微米，用量為硅酮玻璃膠質(zhì)量的10~50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于熱處理溫度為70~300°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的制備方法，其特征在于最優(yōu)工藝條件為:硅酮玻璃膠的用量為有機(jī)溶劑用量的5~10%，聚偏氟乙烯粉體用量為硅酮玻璃膠用量的10~35%，熱處理溫度為100~250°C。
【文檔編號】C03C17/32GK103570251SQ201210278701
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】叢海林, 于冰, 焦明明 申請人:青島大學(xué)