專利名稱：一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紫外光對材料表面涂層進行選擇性固化從而在材料表面構(gòu)建疏水性的微觀結(jié)構(gòu)。屬于固體材料的表面改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于疏水和超疏水表面獨特的表面特性使其在自清潔表面、微流體系統(tǒng)和生物相容性等方面存在著潛在的應(yīng)用，在國防、日常生活和眾多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，現(xiàn)已成為研究熱點。自20世紀90年代日本和德國的科學(xué)家對分形表面和植物表面
(Nakajima A, Hashimoto K, Watanabe Τ. Recent Studies on Super-Hydrophobic Films. Monatsh Chem. 2001 ； 132 :31-41)，人們認識到疏水表面和超疏水表面的疏水性能不但受材料表面的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)控制，還為表面形貌結(jié)構(gòu)所影響。目前對于固體材料表面的疏水性研究很多，常用的方法有表面接枝、刻蝕、溶膠凝膠法、電紡法、化學(xué)氣相沉積法、陽極氧化法、相分離法以及模板法等。但是這些方法涉及復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)和晶體生長，實施條件比較苛刻，生產(chǎn)周期長，成本高，還不能進行工業(yè)化生產(chǎn)。目前在材料表面疏水領(lǐng)域商業(yè)化應(yīng)用最成功的是超疏水性的涂層和微孔薄膜，但超疏水性的涂層由于自身是低表面能的物質(zhì)，與基體材料表面的附著力和粘合力差，在使用過程中容易出現(xiàn)脫落問題；而微孔薄膜因為本身物理機械性能較差，加之其與極性材料表面粘合的穩(wěn)定性問題，使用壽命也受到了限制。本發(fā)明中通過紫外光選擇性固化材料表面的涂層在其表面構(gòu)造微觀粗糙結(jié)構(gòu)，利用表面微觀粗糙結(jié)構(gòu)的建立來提高其疏水性，無需特別考慮涂層本身疏水性的問題，故可優(yōu)先考慮基材和表面涂層的附著力問題，增加了材料表面涂層疏水功能的穩(wěn)定性和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用材料表面涂層的紫外光選擇性固化來構(gòu)建疏水性微觀結(jié)構(gòu)，從而提高涂層表面疏水性的新工藝、新方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案選用結(jié)構(gòu)造型簡單的材料為基材； 根據(jù)材料材質(zhì)的不同，對其表面進行預(yù)處理；采用常見的工藝如手工涂裝、空氣噴涂、靜電噴涂等方式進行底漆的涂布，而后紫外光固化；再用常見的工藝進行面漆的涂布；在涂層表面蓋上微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；紫外固化的時間和強度根據(jù)選擇的涂層種類進行調(diào)整；涂膜冷卻并固化達到觸干后，采用涂層含有預(yù)聚體的相應(yīng)溶劑將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)，達到提高涂層表面疏水性的目的； 出于環(huán)保和節(jié)約生產(chǎn)成本考慮，對紫外光選擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液進行回收利用處理。其中基材應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單，材料表面便于光掩模覆蓋和紫外光輻射的材料為基材，對基材的材質(zhì)沒有特別要求。
其中材料表面的預(yù)處理包括除油、除污、除銹、除舊漆、干燥、打磨、表面極性處理等方法。其中微孔光掩模要求直徑小于35 μ m。其中紫外光選擇性固化工藝根據(jù)需要可以在基材表面直接進行，無需先涂裝底漆。其中底漆的固化也可采用其他固化方式，根據(jù)需要，也可采用多層涂層固化形成底漆。其中紫外光選擇性固化所用涂層的種類，除要求與基材或底漆有強附著力外，可根據(jù)疏水性需要調(diào)整。有益效果(1)提高了涂層表面疏水性。(2)利用表面微觀粗糙結(jié)構(gòu)的建立來提高其疏水性，無需進行特別考慮涂層本身疏水性的問題，故可優(yōu)先考慮基材和表面涂層的附著力問題，增加了材料表面涂層疏水功能的穩(wěn)定性和使用壽命。(3)可根據(jù)實際需要對涂層表面疏水性的要求，通過改變涂層的種類和微孔光掩模的孔徑來靈活地調(diào)整。(4)生產(chǎn)周期短、工藝簡單、生產(chǎn)成本低，


圖1孔徑為33. 5 μ m光掩膜的作用下，ABS片材表面含氟的丙烯酸酯涂層經(jīng)紫外光選擇性固化處理后的SEM2孔徑為33. 5 μ m光掩膜的作用下，ABS片材表面含氟的丙烯酸酯涂層經(jīng)紫外光選擇性固化處理后的材料表面實際疏水效果圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 選用結(jié)構(gòu)造型簡單，材料表面可以方便光掩模覆蓋和紫外光輻射的材料為基材，對基材的材質(zhì)沒有特別要求。步驟2 根據(jù)材料材質(zhì)的不同，對其表面進行除油、除污、除銹、除舊漆、干燥、打磨、表面極性處理等預(yù)處理。步驟3 采用常見的工藝如手工涂裝、空氣噴涂、靜電噴涂等方式進行底漆的涂布，而后紫外光固化；底漆的固化也可采用其他固化方式；根據(jù)需要此步驟既可不實施，也可采用多層涂層固化形成底漆。步驟4 用常見的工藝進行面漆的涂布；步驟5 在涂層表面蓋上微孔直徑小于35 μ m的微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；紫外光選擇性固化所用涂層的種類，除要求與基材或底漆有強附著力外，可根據(jù)疏水性需要調(diào)整。進行紫外光選擇性固化時，紫外固化的時間和強度根據(jù)選擇的涂層種類進行改變。
步驟6 涂膜冷卻并固化達到觸干后，采用涂層中預(yù)聚體的相應(yīng)溶劑將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)，達到提高涂層表面疏水性的目的。步驟7 出于環(huán)保和節(jié)約生產(chǎn)成本考慮，對紫外光選擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液進行回收利用處理。實施例1用丙酮對ABS進行擦拭，除去表面油污和雜質(zhì)；自然晾干后，人工噴涂含氟的丙烯酸酯涂層，涂層厚30 μ m ；在涂層表面蓋上微孔直徑為33. 5 μ m的微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；紫外固化條件為IkW高壓汞燈，燈距15cm，空氣氛圍，固化時間90s ；涂膜冷卻并固化達到觸干后，用丙酮將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)(參見圖1)，達到提高材料表面疏水性的目的，ABS片材與水的接觸角大于130 度。(疏水實際效果參見圖幻。最后，回收利用紫外光選擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液。實施例2將組成為丙烯酸環(huán)氧酯30% 50% (質(zhì)量分數(shù)、下同)、TPGDA 30% 50%、二苯甲酮5%、三乙醇胺10%的紫外光固化涂料，均勻噴涂在IOmmX20mm的經(jīng)打磨處理的冷軋鋼板表面.濕膜膜厚控制在15 μ m左右，在紫外固化機中以140mW/cm2光強固化成膜，空氣氛圍，固化速度由傳輸帶速度控制。涂膜固化達到觸干后，采用1000#水砂紙對底漆打磨處理后，均勻噴涂上述丙烯酸環(huán)氧酯涂料，濕膜膜厚控制在25 μ m左右，在涂層表面蓋上微孔直徑為15 μ m的微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；固化條件與底漆固化相同，涂膜固化達到觸干后，采用乙酸乙酯將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)，可以提高材料表面涂層疏水性。對上述工藝過程中產(chǎn)生的廢液進行回收利用處理。實施例3取一塊IOmmX5mmX3mm的玻璃試板，先用乙醚或乙醇清洗玻璃表面。將組成為聚氨酯丙烯酸酯40%~ 60% (質(zhì)量分數(shù)、下同)、HDDA 10%~ 30%、光引發(fā)劑1713 2-6%, 附著力促進劑硅烷偶聯(lián)劑0. 5%，其他助劑適量的紫外光固化涂料，用濕膜制備器涂布在玻璃板表面。膜厚為50 μ m左右，用2kW的高壓汞燈照射35s，空氣氛圍，燈距8cm。涂膜固化達到觸干后，用1200#拋光片進行修磨，修磨平整后對所修部位用空氣補漆槍補噴色漆后，再噴涂上述聚氨酯丙烯酸酯涂料，濕膜膜厚控制在30 μ m左右，在涂層表面蓋上微孔直徑為10 μ m的微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；涂布固化工藝條件與底漆固化相同，涂膜固化達到觸干后，采用乙酸乙酯將未固化的涂層部分除去，即可得到提高涂層表面疏水性的疏水性微觀結(jié)構(gòu)?；厥绽靡陨献贤夤膺x擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液。
權(quán)利要求
1.一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于，選用結(jié)構(gòu)造型簡單的材料為基材；根據(jù)材料材質(zhì)的不同，對其表面進行油、除污、除銹、除舊漆、干燥、打磨、 表面極性處理等預(yù)處理；采用常見的工藝如手工涂裝、空氣噴涂等方式進行底漆的涂布，而后紫外光固化成膜；再進行面漆的涂布；在涂層表面蓋上微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；紫外固化的工藝條件根據(jù)選擇的涂層種類進行調(diào)整；涂膜固化達到觸干后，用涂層所含預(yù)聚體的相應(yīng)溶劑將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)，達到提高涂層表面疏水性的目的；出于環(huán)保和經(jīng)濟考慮，對紫外光選擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液進行回收利用處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于，基材應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單，材料表面便于光掩模覆蓋和紫外光輻射的材料為基材，對基材的材質(zhì)沒有特別要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于，進行紫外光選擇性固化處理時微孔光掩模要求直徑小于35 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于，底漆的固化也可采用其他固化方式；根據(jù)需要，可采用多層涂層固化形成底漆；也可無需先涂裝底漆。紫外光選擇性固化工藝在基材表面直接進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，其特征在于，紫外光選擇性固化所用涂層的種類，除要求與基材或底漆有強附著力外，可根據(jù)疏水性需要調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紫外光選擇性固化提高涂層表面疏水性的方法，屬于高分子材料的表面改性領(lǐng)域。其特征在于選用結(jié)構(gòu)造型簡單的材料為基材；根據(jù)材料材質(zhì)的不同，對其表面進行預(yù)處理；采用常見的工藝如手工涂裝、空氣噴涂等方式進行底漆的涂布，而后紫外光固化成膜；再進行面漆的涂布；在涂層表面蓋上微孔光掩模，微孔光掩模無限接近但不接觸涂層表面；紫外固化的工藝條件根據(jù)選擇的涂層種類進行調(diào)整；涂膜固化達到觸干后，用涂層所含預(yù)聚體的相應(yīng)溶劑將未固化的涂層部分除去，即可得到疏水性微觀結(jié)構(gòu)，達到提高涂層表面疏水性的目的；出于環(huán)保和經(jīng)濟考慮，對紫外光選擇性固化過程中產(chǎn)生的廢液進行回收利用處理。
文檔編號B05D5/02GK102527616SQ201110420859
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉曉亞, 王瑋, 邱程廣 申請人:江南大學(xué)