一種絕緣超疏水涂層的制備方法
【專利摘要】本發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，生產效率高，生產成本低，重復性好，易于大規模生產，制得的涂層具有優良的超疏水性和絕緣性，適用于電子電路絕緣防水，手機絕緣防水，衛星天線絕緣防水，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
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]近年來，超疏水涂層引起了人們的普遍關注。如在自清潔材料、微流體和無損液體傳輸等領域都有廣泛應用.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的微納米級粗糙表面構成的。
[0003]絕緣超疏水涂層，不僅具備超疏水性，而且具有絕緣性，可以應用在電子電路絕緣防水，手機絕緣防水，衛星天線絕緣防水，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，并避免因水進入電子元件和電路引起的設備擊穿或損壞，從而可以減少水、冰、霜對電氣設備、建筑、織物的侵蝕與危害，改善絕緣性能，提高經濟性和安全性。
[0004]國際上關于制備絕緣超疏水涂層的研究不多，相關專利也鮮有報道，到目前為止已有一些文獻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，然后用硅烷偶聯劑化學氣相修飾，在薄膜表面自組裝一層硅烷偶聯劑分子，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粒子通過環氧一氨基體系化學沉積到低表面能基片·上構筑具有類似荷葉微納米結構的表面，制備絕緣超疏水涂層；(3)美國發明專利US2010/0189925報道了將化學刻蝕的聚四氟乙烯應用于絕緣材料外層，制備穩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，工藝設備復雜，能耗高企，生產效率偏低，極大地提高了生產成本，限制了它們的應用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種簡化絕緣超疏水涂層的制備方法，該超疏水涂層可應用于各種基體表面，解決制備工藝流程繁雜、生產效率低、生產成本高、所需設備昂貴的問題。
[0007]本發明目的技術方案是: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溶劑中，充分攪拌，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底材料表面，涂層經熱處理后即得絕緣超疏水涂層。
[0008]本發明所用的有機溶劑為二甲苯、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，優選溶劑為四氫呋喃。
[0009]本發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，粘結力弱于酸性硅酮玻璃膠，故優選用酸性硅酮玻璃膠，其用量為有機溶劑質量的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，優選用量為5~10%。
[0010]本發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聚，粒徑過大則聚偏氟乙烯粉體影響涂層的透光性，優選粒徑為200納米至800納米，用量為硅酮玻璃膠質量的10~50%。用量太小，容易導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，優選用量為10~35%。
[0011]本發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，優選熱處理溫度為100~250。。。
[0012]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0013](I)采用本發明的方法，工藝設備簡單，重復性好，所用原料易得，生產成本低；
[0014](2)通過本發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，手機絕緣防水，衛星天線絕緣防水，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圖；
[0024]圖8是典型的絕緣超疏水涂層的對容量為4G的現代U盤電路板防水絕緣封裝性能示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0026]掃描電鏡照片由JEOL JSM-6390LV型掃描電鏡測得。
[0027]接觸角數據由承德鼎盛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，充分攪拌，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，涂層在150°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納米左右的顆粒構造得到一定的粗糙度，其水接觸角達到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，充分攪拌，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，涂層在100°c烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達到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，充分攪拌，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，涂層在70°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達到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，充分攪拌，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，涂層在200°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達到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，充分攪拌，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，涂層在250°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達到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，充分攪拌，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，涂層在300°C烘箱中靜置烘干，既得超疏水涂層，其水接觸角達到150°，如附圖7所示。同時該涂層具有良好的絕緣性能，擊穿電壓達到19kV/mm。
【權利要求】
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溶劑中，充分攪拌，制成混合分散液，再將分散液均勻的涂抹于基底材料表面，涂層經熱處理后即得絕緣超疏水涂層。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的有機溶劑為二甲苯、四氫呋喃或乙醇。
3.根據權利要求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，用量為有機溶劑質量的5~20%。
4.根據權利要求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量的10~50%。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于熱處理溫度為70~300°C。
6.根據權利要求3或4或5所述的制備方法，其特征在于最優工藝條件為:硅酮玻璃膠的用量為有機溶劑用量的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 優先權日:2012年8月1日
【發明者】叢海林, 于冰, 焦明明 申請人:青島大學