本發(fā)明屬于復(fù)合材料，具體涉及一種耐磨型超疏水隔熱涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，能源消耗越來越大，能源短缺問題日益突出。節(jié)能降耗材料被越來越多的人關(guān)注。其中，使用隔熱涂層是一種有效的節(jié)能降耗方法，隔熱涂層通過減少物體內(nèi)部的熱量積累，改善了工作環(huán)境和減少能源消耗。同時，室外環(huán)境下灰塵、降雨等不僅影響了隔熱涂層的外觀還降低了涂層的使用效果。

2、自然界中許多動物、植物經(jīng)過幾萬年的進(jìn)化，使它們獲得數(shù)以萬計(jì)的疏水表面，像自然界中荷葉獨(dú)特的防水表面、和蜻蜓腿部沾水而不被浸潤等。這種現(xiàn)象中靜態(tài)接觸角大于150°，滾動角小于10°的表面稱為超疏水表面。要想涂層實(shí)現(xiàn)這種物理性能，不僅需要具有特殊微觀結(jié)構(gòu)的表面還需要非常低的表面能。然而，大多數(shù)研究僅僅是通過降低物體表面能實(shí)現(xiàn)疏水效果，而不是通過設(shè)計(jì)表面形貌實(shí)現(xiàn)低表面張力的超疏水表面。通過cassie-baxter潤濕模型能夠了解到，涂層結(jié)構(gòu)夾帶的氣孔數(shù)量越多，表面越粗糙超疏水效果越好。傳統(tǒng)sio2氣凝膠具有孔隙率高、比表面積大等物理特性，能夠很好的滿足超疏水表面的技術(shù)要求，但另一方面，傳統(tǒng)sio2氣凝膠的這種結(jié)構(gòu)也決定了其自身強(qiáng)度低、脆性大的嚴(yán)重缺陷，而且在持續(xù)的高溫環(huán)境下很難保持基體原有的多孔結(jié)構(gòu)，從而使其很難被作為一種耐用的隔熱涂層材料而直接應(yīng)用于高溫環(huán)境中。

3、涂層的保溫效果和制備方法在現(xiàn)階段研究中也有或多或少的問題。在保溫效果方面，阻隔型隔熱涂料雖然原料豐富、制備簡單，但受涂層厚度較薄影響，涂層的隔熱效果大多不夠理想。制備方法方面，目前制備涂層的方法有很多，像化學(xué)刻蝕法、疊層沉積、電位電化學(xué)沉積、等離子體和激光處理法、氧化法、電紡法等。這些方法均存在一定缺陷，比如：加工設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜、對基體本身有損害、附著力差等缺陷。所以，亟需尋求一種隔熱效果好，耐磨且附著力強(qiáng)的超疏水涂層材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐磨型超疏水隔熱涂層及其制備方法，采用埃洛石納米管(hnts)/sio2復(fù)合氣凝膠，不僅克服了傳統(tǒng)sio2氣凝膠強(qiáng)度低、脆性大的缺陷，還可以進(jìn)一步增加涂層的隔熱效果，同時所得超疏水涂層還具有超強(qiáng)的耐磨性和附著力。

2、為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

3、一種耐磨型超疏水隔熱涂層材料，由涂覆于基材表面的樹脂層以及覆蓋在樹脂層表面的hnts/sio2復(fù)合氣凝膠組成，所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠表面經(jīng)過氟硅烷疏水改性；涂層表面與水的接觸角為156～161°，水滴在其表面的滾動角為3.2～6.4°。所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠粉體材料同時起到耐磨、超疏水以及隔熱的作用，與樹脂層牢牢粘合，樹脂層提供足夠的附著力。

4、按上述方案，所述基材包括無機(jī)非金屬板材、金屬板材和織物。具體地，所述無機(jī)非金屬板材包括塑料基板、玻璃基板、混凝土和石材等無機(jī)非金屬基板。金屬板材包括鋁及其合金基板。

5、按上述方案，所述樹脂層采用環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂，厚度為5-10μm。

6、按上述方案，所述氟硅烷為1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一種。

7、按上述方案，覆蓋在樹脂層表面的hnts/sio2復(fù)合氣凝膠粉體材料厚度為5-20μm。

8、上述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，包括以下步驟：

9、1)將環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂及其固化劑采用溶劑稀釋至質(zhì)量濃度為0.5～1％，涂覆于干凈的基材表面固化得到樹脂層；

10、2)將hnts/sio2復(fù)合氣凝膠研磨后超聲分散在無水乙醇中，加入氟硅烷疏水改性得到懸浮液；通過旋涂法或高霧化噴槍噴涂的方式將所述懸浮液均勻的覆蓋在樹脂層表面，60℃～80℃干燥20～30min，制備得到表面有hnts/sio2復(fù)合氣凝膠的耐磨型超疏水隔熱涂層。

11、按上述方案，步驟1)所述溶劑為乙醇或丙酮。

12、按上述方案，步驟2)所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠研磨后顆粒細(xì)度在5-20μm。

13、按上述方案，步驟2)所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠在懸浮液中濃度為0.5wt％～1wt％。

14、按上述方案，步驟2)旋涂的轉(zhuǎn)速為1000～2000rpm；噴涂過程中噴槍與基板距離在20～30厘米。

15、按上述方案，所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠的制備方法包括以下步驟：

16、1)hnts與異辛基三乙氧基硅烷在有機(jī)溶劑中混合攪拌、離心干燥得到改性hnts；

17、2)改性hnts超聲分散在乙醇中得到濃度為10wt％的懸浮液，將正硅酸乙酯、hnts的懸浮液、無水乙醇和水按質(zhì)量比(4～5):1:(5～7):2混合，滴加3‰-4‰質(zhì)量比例的濃鹽酸，隨后加入氨水乙醇溶液，35～50℃溫度下攪拌10～20min后形成濕凝膠，超臨界干燥24～48h得到hnts/sio2復(fù)合氣凝膠。

18、按上述方案，步驟2)所述氨水乙醇溶液中乙醇的濃度為2wt％～3wt％。

19、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果如下：

20、本發(fā)明仿照生物界超疏水表面結(jié)構(gòu)，采用旋涂法或高霧化噴槍噴涂的方式將多孔隔熱的疏水改性hnts/sio2復(fù)合氣凝膠材料涂覆在與基板粘合緊密的樹脂層表面，復(fù)合氣凝膠中球狀sio2顆粒相互之間堆積形成密集的突起結(jié)構(gòu)以達(dá)到憎水效果，hnts具有優(yōu)異的力學(xué)性能，以hnts作為增強(qiáng)纖維制備的復(fù)合氣凝膠機(jī)械性能大幅提高，使得涂層材料具有良好的耐磨性。同時hnts能夠進(jìn)一步增加sio2氣凝膠的孔隙率高、比表面積，使之具有更加優(yōu)異的隔熱效果，可廣泛引用于建筑物幕墻、航天、光伏面板等領(lǐng)域。

21、本發(fā)明利用cassie-baxter潤濕模型中，涂層結(jié)構(gòu)夾帶的氣孔數(shù)量越多，表面越粗糙超疏水效果越好原理。采用孔隙率高、比表面積大的氣凝膠粉體材料作為涂層的面層。該原材具有超疏水所需要的物理結(jié)構(gòu)，同時具有極好的隔熱效果。另外，加入復(fù)合機(jī)械強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的埃洛石納米纖維增強(qiáng)涂層的耐磨性。并采用樹脂材料作為涂層的底層，通過噴涂或旋涂法涂覆于底層表面，樹脂層為面層hnts/sio2復(fù)合氣凝膠粉體提供較強(qiáng)的附著力，使得涂層具有較好的耐久性。因此，可廣泛應(yīng)用于建筑物幕墻、航天、光伏面板等方面。另外，本發(fā)明制備工藝相對簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求較低，是一種低成本的制備方法。

技術(shù)特征：

1.一種耐磨型超疏水隔熱涂層材料，其特征在于由涂覆于基材表面的樹脂層以及覆蓋在樹脂層表面的hnts/sio2復(fù)合氣凝膠組成，所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠表面經(jīng)過氟硅烷疏水改性；涂層表面與水的接觸角為156～161°，水滴在其表面的滾動角為3.2～6.4°。

2.如權(quán)利要求1所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料，其特征在于所述基材包括無機(jī)非金屬板材、金屬板材和織物。具體地，所述無機(jī)非金屬板材包括塑料基板、玻璃基板、混凝土和石材等無機(jī)非金屬基板。金屬板材包括鋁及其合金基板。

3.如權(quán)利要求1所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料，其特征在于所述樹脂層采用環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂，厚度為5-10μm。

4.如權(quán)利要求1所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料，其特征在于所述氟硅烷為1h,1h,2h,2h-全氟辛基三氯硅烷、1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷中的一種。

5.如權(quán)利要求1所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料，其特征在于覆蓋在樹脂層表面的hnts/sio2復(fù)合氣凝膠粉體材料厚度為5-20μm。

6.權(quán)利要求1所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，其特征在于步驟2)所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠在懸浮液中濃度為0.5wt％～1wt％。

8.如權(quán)利要求6所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，其特征在于步驟2)旋涂的轉(zhuǎn)速為1000～2000rpm；噴涂過程中噴槍與基板距離在20～30厘米。

9.如權(quán)利要求6所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，其特征在于所述hnts/sio2復(fù)合氣凝膠的制備方法包括以下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述耐磨型超疏水隔熱涂層材料的制備方法，其特征在于步驟2)所述氨水乙醇溶液中乙醇的濃度為2wt％～3wt％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種耐磨型超疏水隔熱涂層材料，由涂覆于基材表面的樹脂層以及覆蓋在樹脂層表面的HNTs/SiO<subgt;2</subgt;復(fù)合氣凝膠組成，所述HNTs/SiO<subgt;2</subgt;復(fù)合氣凝膠表面經(jīng)過氟硅烷疏水改性；涂層表面與水的接觸角為156～161°，水滴在其表面的滾動角為3.2～6.4°；所述HNTs/SiO<subgt;2</subgt;復(fù)合氣凝膠粉體材料同時起到耐磨、超疏水以及隔熱的作用，與樹脂層牢牢粘合，樹脂層提供足夠的附著力；本發(fā)明采用埃洛石納米管(HNTs)/SiO<subgt;2</subgt;復(fù)合氣凝膠，不僅克服了傳統(tǒng)SiO<subgt;2</subgt;氣凝膠強(qiáng)度低、脆性大的缺陷，還可以進(jìn)一步增加涂層的隔熱效果，同時所得超疏水涂層還具有超強(qiáng)的耐磨性和附著力。

技術(shù)研發(fā)人員：李葉青,蔣松濤,王云搖,馬黎,余松柏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華新水泥股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9