基于粉末涂料制备耐磨超疏水涂层的研究

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粉末涂料具有成膜率高、不含有机溶剂、优异的耐久性以及能耗低等优点,被广泛应用于家具、家电和建筑等众多工业领域;但粉末涂层在使用过程中易被沾染污物,影响美观且难于清理,因此研发具有自清洁效果的粉末涂料成为一个重要的研究方向。荷叶效应所产生的超疏水表面具有憎水和自清洁的性能,将超疏水技术应用于粉末涂料所制备的表面,使其具有自清洁的功能,研究具有重要的实用价值。通过乙醇等有机溶剂分散了不同的树脂粉料,分别添加改性超疏水SiO2颗粒制备出粉末超疏水涂料,然后以刷涂的方式制备了相应的涂层。所制备的涂层不仅具有超疏水效果,而且由于熔融树脂的黏附作用,涂层表面可以承受多次的打磨,其中,以聚酯树脂制备的超疏水涂层可以承受1000次手指打磨,而热塑性聚氨酯(TPU)和聚四氟乙烯(PTFE)树脂制备的涂层可以经受300400次手指打磨。以熔融-破碎法制备了不同的超疏水粉料,通过粉末静电喷涂技术制备出超疏水涂层,涂层内部呈现多孔隙粗糙结构,表面的接触角可达到156±4.6°,滚动角为1.0°。涂层表面耐磨性能测试表明,聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)制备的涂层耐磨性最好,经受磨耗仪打磨80圈以后,接触角仅下降至146.6±6.7°,但滚动角则上升到了56.5±5.8°;在pH=113的酸碱溶液中浸泡24 h后,涂层表面水滴接触角可保持在150°左右。采用颗粒掺杂、树脂复合以及表面喷涂改性超疏水纳米涂料等方式,可以有效增强粉末涂层表面的机械耐磨性,研究表明,掺杂改性的二氧化钛、硅微粉和钛白粉等大颗粒,由于在磨损的过程中可有效地保护粒径较小的SiO2颗粒,使涂层的耐磨性得到提高;将聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)和环氧树脂(EP)复合,所制备的粉末涂层可以经受砂轮300圈的磨损;在粉末涂层表面喷涂改性超疏水纳米涂料,使树脂内壁构造一定的显微粗糙结构,可以明显提高耐磨性,涂层承受砂轮磨损的次数可达到150圈。研究发现,在改性SiO2颗粒过程中若添加一定量的正硅酸四乙酯(TEOS),得到的SiO2颗粒具有超双疏性能。将超双疏SiO2颗粒和树脂粉末干混制备出的粉料,通过静电喷涂技术获得的粉末超双疏涂层,涂层的油滴和水滴接触角分别可达到154.7±4.8°和156.7±4.6°,滚动角分别为2.0°和1.0°。涂层的耐久性测试表明,经过50次的手指打磨后,表面依然具备疏油性;将涂层放置大豆油中浸泡7 h后,涂层的表面无油渍,且油滴仍然可以轻易的脱附;在pH=113的酸碱溶液中腐蚀24 h后,油滴接触角始终维持在150°以上,涂层具有良好的耐久性。在粉末涂层表面喷涂改性超双疏纳米涂料,由于纳米涂料中SiO2吸附在树脂内壁,构成粗糙结构,使涂层的耐久性能得到显著增强,经过700次手指打磨或大豆油浸泡72 h后,涂层表面依然具备疏油性能。
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