一种超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料及其制备方法与流程

本发明属于粉末涂料，具体涉及一种超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料及其制备方法。

背景技术：

1、氟碳粉末涂料因其卓越的耐候性和耐腐蚀性，被广泛应用于建筑幕墙、交通设施等长期暴露于户外的领域。为降低维护成本，开发具有自洁功能的氟碳涂料已成为行业热点。

2、目前，实现自洁功能主要有两条技术路线：一是超疏水自洁，即模仿荷叶效应，使涂层表面具有极高的水接触角和极低的滚动角，雨水会以水珠形式滚落，带走表面灰尘等污染物。这通常通过在涂料中添加低表面能物质和构筑微纳粗糙结构来实现。然而，现有技术中简单的物理共混纳米颗粒（如纳米sio2）易团聚，导致疏水效果不佳且不稳定；同时，功能填料与树脂基体结合力弱，导致疏水功能耐久性差。

3、第二条路线是光催化自洁，即利用纳米二氧化钛（tio2）等半导体材料的光催化效应，在紫外光照射下产生活性氧物种，将涂层表面的有机污物（如油渍、汽车尾气附着物）分解成无害的小分子，再由雨水冲走。然而，光催化技术在应用于有机涂料时存在一个显著的局限性：其产生的高活性自由基在分解污染物的同时，也会无差别地攻击涂料自身的有机树脂基体，导致涂层粉化、开裂，大大缩短涂层的使用寿命。此外，tio2本身具有亲水性，这与实现疏水自洁的目标背道而驰。

4、因此，如何将光催化降解有机污染物的“主动自洁”能力与超疏水滚动除尘的“被动自洁”能力结合起来，并解决光催化剂对树脂基体的破坏问题，从而获得一种既能疏水除尘、又能分解油污，且功能超长效的自洁涂层，是本领域一个极具挑战性、悬而未决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中单一自洁功能（疏水或光催化）的局限性，以及光催化材料与有机涂料体系之间存在的根本性矛盾。本发明致力于提供一种将光催化主动自洁与超疏水被动自洁功能有机结合，并同时确保涂层超长耐候性和优异外观的超耐候疏-光双效自洁氟碳粉末涂料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料，所述粉末涂料的原料组分包括：成膜树脂、固化剂、表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子、以及含反应性端基的超支化氟硅聚合物。

4、进一步的，所述表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子，包含以纳米二氧化钛为核、以二氧化硅为壳层的核壳结构，且所述核壳结构的表面通过化学键接枝有含氟疏水基团。

5、进一步的，所述含氟疏水基团来源于含氟硅烷偶联剂与所述二氧化硅壳层表面的羟基反应形成。

6、进一步的，所述含氟硅烷偶联剂为1h,1h,2h,2h-全氟辛基三乙氧基硅烷。

7、进一步的，所述成膜树脂为feve氟碳树脂和羟基聚酯树脂的组合，所述固化剂为封闭型异氰酸酯固化剂。

8、进一步的，所述超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料按重量份数计，其原料组分包括：

9、feve氟碳树脂：40-60份；

10、羟基聚酯树脂：5-15份；

11、封闭型异氰酸酯固化剂：10-20份；

12、表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子：1-5份；

13、含反应性端基的超支化氟硅聚合物：1-5份；

14、钛白粉：15-30份；

15、硫酸钡：5.7-11.3份；

16、流平剂：0.5-1.5份；

17、安息香：0.2-0.8份。

18、进一步的，所述超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

19、（1）制备表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子；

20、（2）将步骤（1）制得的表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子与feve氟碳树脂、羟基聚酯树脂、封闭型异氰酸酯固化剂和含反应性端基的超支化氟硅聚合物、钛白粉、硫酸钡、流平剂及安息香按重量份称取并进行预混合，得到混合物料；

21、（3）将步骤（2）的混合物料进行熔融挤出、冷却压片、粗粉碎和精细粉碎过筛，得到所述粉末涂料。

22、进一步的，所述步骤（1）中制备表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子的方法具体包括：

23、（a）核壳包覆：在醇水混合溶剂中分散纳米二氧化钛粉末，调节体系ph值为碱性后，滴加正硅酸乙酯进行水解和缩聚反应，在纳米二氧化钛表面包覆形成二氧化硅壳层，得到核壳粒子；

24、（b）表面疏水改性：将步骤（a）得到的核壳粒子分散于溶剂中，加入含氟硅烷偶联剂进行接枝反应，得到产物；

25、（c）对步骤（b）的产物进行离心、洗涤、干燥和解聚，得到所述表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子。

26、进一步的，所述步骤（a）核壳包覆中，反应体系的ph值为10-11，反应温度为40-50℃；步骤（b）表面疏水改性中，反应体系的ph值为9-10，反应温度为70-80℃。

27、进一步的，所述步骤（3）中的熔融挤出工艺，设定双螺杆挤出机进料区温度为90-100℃，熔融共混区温度为110-120℃。

28、本发明的有益效果：

29、本发明提供了一种超耐候疏水自洁型氟碳粉末涂料及其制备方法，旨在解决现有技术中自洁涂料功能单一、性能矛盾以及耐久性差的技术难题。通过配方设计和材料改性，本发明将光催化主动自洁与超疏水被动自洁功能高效结合，并解决了光催化剂对有机树脂基体的破坏问题，获得了兼具优异涂层外观、双重自洁功能和超长耐候性的产品。本发明的有益效果，具体分析如下：

30、1. 实现“光催化主动自洁”与“超疏水被动自洁”的高效协同，解决了现有技术的功能局限性。

31、本发明的核心在于“表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子”与“含反应性端基的超支化氟硅聚合物”的协同作用。

32、（1）实施例2作为本发明的优选方案，其涂层外观平整光滑，初始水接触角达156.1°，滚动角低至4.5°，达到了超疏水级别。在自洁性测试中，其对模拟粉尘能“完全带走”，对模拟油污能“基本去除”，展现出卓越的双重自洁效果。

33、（2）对比例1（不含两种核心添加剂）作为空白对照，其接触角仅为85.2°，滚动角大于90°，对粉尘和油污均无自洁能力，代表了普通氟碳涂料的性能水平。

34、（3）对比例6（不含改性纳米粒子）虽然添加了超支化氟硅聚合物，但其接触角仅为115.2°，滚动角高达32.5°，远未达到超疏水，且不具备光催化除油污能力。这证明了“表面疏水化核壳结构光催化纳米粒子”作为构筑微纳粗糙结构和提供光催化活性的核心单元，是实现超疏水和光催化自洁的必要前提。

35、（4）对比例5（不含超支化氟硅聚合物）虽然初始接触角较高（145.5°），但滚动角显著增大至10.8°，导致水珠无法轻松滚落，粉尘自洁性下降为“大部分带走”，且涂层外观出现“轻微橘皮”。这证明了“含反应性端基的超支化氟硅聚合物”不仅能提供低表面能，还能与纳米粒子协同构筑稳定的疏水结构，降低滚动角，同时其反应性端基有利于改善涂料的流平性，保证了优异的涂层外观。

36、综上，只有将这两种关键组分结合使用，才能如实施例1-3所示，协同实现“高接触角、低滚动角”的超疏水特性（被动自洁）和高效的光催化降解油污能力（主动自洁），并保持涂层平整光滑。

37、2. 通过核壳结构设计，有效解决了光催化剂对有机树脂的破坏问题，实现了功能的超长耐久性。

38、这是本发明技术改进，解决了光催化技术应用于有机涂料的缺陷。

39、（1）实施例2的涂层在经历1000小时的quv加速老化后，表面状况“完好”，水接触角和滚动角依然分别保持在151.2°和6.8°，性能衰减极小，证明了其卓越的耐候性和功能持久性。

40、（2）对比例2（使用未处理的纳米tio2）在老化后涂层“严重粉化、开裂”，完全失效。

41、（3）对比例4（使用无sio2壳层，仅有疏水改性的tio2）是关键的对比。其初始疏水性能优异（接触角149.1°，滚动角8.2°），但老化后同样出现“严重粉化、失光”，涂层被破坏，疏水性能也随之丧失（滚动角>90°）。

42、实施例2与对比例2和对比例4的强烈对比，证明了sio2核壳结构起到了关键的隔离保护作用。该惰性sio2壳层将具有高催化活性的tio2内核与外部的氟碳树脂基体物理隔离，有效阻止了光生高活性自由基对树脂的攻击，同时又不影响其对涂层表面污染物的催化降解。这正是本发明能够实现功能的技术关键。

43、3. 明确了对核壳粒子进行表面疏水改性的必要性，确保了超疏水功能的实现。

44、（1）对比例3（使用仅包覆sio2但未经疏水改性的粒子），其涂层表现出较强的亲水性（接触角仅40.2°），完全不具备疏水自洁能力。

45、（2）这与实施例2的超疏水性能（接触角156.1°）形成鲜明对比，证明了在sio2壳层表面接枝含氟硅烷偶联剂，赋予纳米粒子表面低表面能的化学特性，是实现涂层超疏水性能的又一必要步骤。

46、总结：本发明通过“核壳包覆”、“表面疏-光双效改性”和“超支化聚合物协同”三方面技术创新点的有机结合，环环相扣，解决了现有技术的内在矛盾和局限。它不仅实现了超疏水与光催化两种自洁功能的“1+1>2”的协同增效，更通过关键的sio2“防火墙”技术，保证了涂层在严苛户外环境下的超长使用寿命和功能稳定性，为高性能自洁涂料领域提供了解决方案。