一种耐候型5G天线罩超疏液自清洁涂层的制备方法与流程

本发明涉及一种超疏液涂层的制备方法，尤其涉及一种耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备方法，属于5g天线罩技术领域。

背景技术：

目前，我国已建成全球最大规模的5g网络，因此需要大量的5g基站（主要由天线系统和天线罩组成）支撑。而5g天线罩是5g基站的重要组成部分，其用途为尽量降低5g天线系统受到外界复杂环境因素的干扰，提高天线精度和工作可靠性、延长天线使用寿命。为获得比4g更高的传输速率，5g信号目前采用6ghz以下频段，未来将使用频率为30-300ghz的毫米波，因此5g信号易受外部干扰，尤其是降雨时，雨水会在5g天线罩表面形成水滴或水膜，由于水的介电常数较高（25℃时约为80），因此会吸收、反射大量电磁波，从而导致5g信号严重衰减，即“雨衰效应”。因此，如何有效的解决“雨衰效应”对于5g技术具有极其重要的意义。

超疏液涂层（超疏水、超双疏涂层）是一类具有特殊润湿性的涂层。由于其对于液滴具有较高的接触角（>150°）和较低的滚动角（<10°），因此液滴极易从表面滚落，在自清洁、防结冰、防污、油/水分离、防腐等领域具有广阔的应用前景。因此，超疏液涂层非常有望用于5g天线罩表面，解决其“雨衰效应”。然而，将超疏液涂层实际应用于5g天线罩表面仍然受到以下技术瓶颈的限制：（1）超疏液涂层对5g信号传输的影响。由于5g信号具有较高的频率和较短的波长，导致其具有较强的反射、散射特性，因此，5g信号在传输过程中极易被损耗。虽然，超疏液涂层能够有望解决5g天线罩的“雨衰效应”，但其自身的微-纳米结构和低表面能物质同样有可能造成5g信号的损耗。（2）微液滴、低表面张力液体易粘附在涂层表面。大体积的水滴在超疏液涂层上往往处于cassie-baxter状态，而微液滴（≤1μl）或低表面张力液体在其表面往往处于wenzel状态，使得涂层丧失超疏液涂层的优势。目前制备的超双疏涂层虽然对于大体积的水滴展现出优异的超疏性，但是体积≤1μl的液滴或者低表面张力液体往往会粘附在其表面。然而，降雨过程十分复杂，不同体积（0.03~14μl）的雨滴持续碰撞涂层表面，并且雨滴中往往含有少量低表面张力物质，这就导致部分雨滴粘附在涂层表面，无法有效的解决5g天线罩的“雨衰效应”。（3）超疏液涂层的耐候性较差。由于5g天线罩长期置于户外，因此直接受到降雨、沙尘、紫外线等外部环境因素的侵袭，这就要求超疏液涂层具有优异的耐候性，即同时具有优异的机械稳定性、耐紫外老化性能等。迄今为止，虽然已有一些研究分别报道了具有较好超疏液性能、机械稳定性、耐紫外老化性能的超疏液涂层，但是作为5g天线罩其耐候型还是有写欠缺觉。因此，研发一种具有优异的超疏微液滴以及低表面能液体性、优异的耐候性，并且不影响5g信号传输的超疏液涂层对于5g技术的发展具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备方法，可有效的解决目前超疏液涂层在5g天线罩上应用存在的问题。

一、耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备

本发明耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）feve树脂微球分散液制备

将feve树脂充分溶于极性溶剂中，随后在搅拌下加入非极性溶剂，继续搅拌5~10min，feve树脂发生非溶剂致相分离，制得feve树脂微球悬浮液。

其中极性溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯中的一种；非极性溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、水中的一种，极性溶剂与非溶剂的质量比为5:1~1:1。feve树脂在混合溶剂中的质量分数为10%~50%。

（2）氟硅烷改性的低介电常数纳米粒子制备

将低介电常数纳米粒子分散至乙醇-水的混合体系中，以正硅酸乙酯作为硅烷偶联剂，在氨水的催化作用下，氟硅烷在低介电常数纳米粒子表面发生水解缩合反应；反应结束后所得悬浮液抽滤、干燥，制得氟硅烷改性的低介电常数纳米粒子。

乙醇-水的混合体系中，乙醇与水的体积比为4:1~10:1。

所述低介电常数纳米粒子为二氧化硅、硅藻土、凹凸棒石、海泡石中的一种；所述氟硅烷为全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种。

低介电常数纳米粒子与氟硅烷的质量比为1:1~1:3；正硅酸乙酯与氟硅烷的质量比为1:2~1:6。

水解缩合反应是在室温下反应2~4h。

（3）耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备

将氟硅烷改性的低介电常数纳米粒子加入feve树脂微球分散液中，先搅拌15~30min后超声分散5~10min，随后将其喷涂于基材上，室温固化20~24h，制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层。

氟硅烷改性低介电常数纳米粒子和feve树脂微球分散液的质量比为0.1:1~0.5:1。

基材为聚丙烯、聚碳酸酯、abs树脂及其复合材料。

feve树脂发生非溶剂致相分离，产生feve微球；硅烷改性的低介电常数纳米粒子包覆在feve树脂微球表面形成微-纳米核-壳结构（图1）,该微-纳米结构能够有效地捕获空气并且结合自身的低表面能，使得涂层具有优异的超疏微液滴性能。此外，在涂层制备过程中，微球之间互相连接、堆积形成自相似结构，使得涂层具有优异的机械稳定性。

二、耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的性能

1、超疏液性能

图2（a）1μl（左）、10μl（右）水滴在涂层表面的照片，（b）1μl（左）、10μl（右）正十六烷液滴在涂层表面的照片，（c）耐候型超疏液自清洁5g天线罩照片。从图2可以看出，本发明制备的超疏液涂层具有优异的超疏液性，体积为10μl水滴的接触角>165°，并且滚动角<2°；体积为1μl水滴的接触角>160°且滚动角<5°。10μl正十六烷的接触角>158°，滚动角<3°；1μl正十六烷的接触角>155°且滚动角<10°。

（2）耐候性测试

涂层负载4.3kpa的压力下在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于水的接触角>155°且滚动角<8°，正十六烷的接触角>150°且滚动角<10°（图3）。

涂层在1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后超疏液性能无明显变化。

涂层经紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后超疏液性能无明显变化。户外放置720d后，涂层对于水的滚动角<10°，正十六烷的滚动角<30°。

（3）涂层对于5g信号的透波性能

将涂层喷涂于pp材质的天线罩表面进行5g信号透波性能测试。涂层厚度为15μm，图4为耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层对于5g信号透波性能测试情况。结果表明，该涂层对于5g信号传输无明显影响。

综上所述，本发明相对现有技术具有以下优点：

1、采用具有优异耐候性的feve树脂发生非溶剂致相分离产生微球，氟化低介电常数纳米粒子包覆在feve树脂微球表面形成微-纳米核-壳结构；通过控制feve树脂相分离条件、氟化低介电常数纳米粒子化学组成、氟化低介电常数纳米粒子/feve树脂微球的质量比，对涂层的微-纳结构和化学组成进行调控，成功制得具有优异超疏微液滴以及低表面能液体性能、优异耐候性的5g天线罩超疏液自清洁涂层；

2、采用低介电常数纳米粒子制备超疏液涂层，有效避免了涂层自身对5g信号传输的影响，为能够将其用于解决5g天线罩的“雨衰效应”奠定了基础；

3、本发明制备方法简单、可大面积制备，能够有效解决5g天线罩的“雨衰效应”，有望将其广泛应用于5g通讯罩表面。

附图说明

图1为耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层sem图。

图2（a）1μl（左）、10μl（右）水滴在涂层表面的照片，（b）1μl（左）、10μl（右）正十六烷液滴在涂层表面的照片，（c）耐候型超疏液自清洁5g天线罩照片。

图3为10μl水滴（a）和正十六烷（b）的ca和sa随着涂层在砂纸上摩擦次数的变化。

图4耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层对于5g信号透波性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层的制备和性能做进一步说明。

实施例1

将2gfeve树脂溶于8g的乙酸丁酯中，随后在搅拌条件下加入8g乙醇，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将2g二氧化硅分散至500ml乙醇-水的混合体系（体积比为22:3）中，加入2.5g全氟癸基三甲氧基硅烷和0.7g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性二氧化硅纳米粒子；

将1.25g氟硅烷改性二氧化硅纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于聚丙烯基材上，室温固化24h，制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating1；

所得涂层对10μl水滴的接触角为169°，滚动角为1°；1μl水滴的滚动角为3.4°；10μl正十六烷液滴的接触角为160°，滚动角为2.4°；1μl正十六烷液滴的滚动角为9.4°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为4.3°，10μl正十六烷的滚动角为7.2°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为9.3°，10μl正十六烷的滚动角为27.5°。

实施例2

将2.5gfeve树脂溶于7.5g乙酸乙酯中，随后在搅拌条件下加入6g甲醇，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将2g凹凸棒石分散至500ml乙醇-水的混合体系中（体积比为21:4），加入2.3g全氟辛基三乙氧基硅烷和0.55g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性凹凸棒石纳米粒子；

将1.5g氟硅烷改性凹凸棒石纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于abs基材上，室温固化24h制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating2；

所得涂层对10μl水滴的接触角为169.5°，滚动角为1°；1μl水滴的滚动角为3.1°；10μl正十六烷液滴的接触角为160.4°，滚动角为2.2°；1μl正十六烷液滴的滚动角为8.9°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为4°，10μl正十六烷的滚动角为7.1°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为8.7°，10μl正十六烷的滚动角为25.5°。

实施例3

将2.4gfeve树脂溶于7.6g丙酮中，随后在搅拌条件下加入5.5g异丙醇，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将2.5g二氧化硅分散至500ml乙醇-水的混合体系中（体积比为22:3），加入2.8g全氟癸基三甲氧基硅烷和0.6g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性二氧化硅纳米粒子；

将1.8g氟硅烷改性二氧化硅纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于abs基材上，室温固化24h制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating3；

所得涂层对10μl水滴的接触角为168.5°，滚动角为1°；1μl水滴的滚动角为3.7°；10μl正十六烷液滴的接触角为160°，滚动角为2.9°；1μl正十六烷液滴的滚动角为9.9°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为4.8°，10μl正十六烷的滚动角为8.1°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为9.2°，10μl正十六烷的滚动角为26.4°。

实施例4

将2.3gfeve树脂溶于7.7g甲苯中，随后在搅拌条件下加入4g水，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将2g凹凸棒石分散至500ml乙醇-水的混合体系中（体积比为22:3），加入4.2g全氟辛基三乙氧基硅烷和0.8g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性凹凸棒石纳米粒子；

将1.5g氟硅烷改性凹凸棒石纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于聚碳酸酯基材上，室温固化24h制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating4；

所得涂层对10μl水滴的接触角为166.5°，滚动角为1.3°；1μl水滴的滚动角为4.7°；10μl正十六烷液滴的接触角为158°，滚动角为3.6°；1μl正十六烷液滴的滚动角为10°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为5.8°，10μl正十六烷的滚动角为9.2°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为9.8°，10μl正十六烷的滚动角为28.3°。

实施例5

将2gfeve树脂溶于8g乙酸丁酯中，随后在搅拌条件下加入8g乙醇，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将1.8g硅藻土分散至500ml乙醇-水的混合体系中（体积比为21:4），加入4.3g全氟辛基三乙氧基硅烷和0.75g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性硅藻土纳米粒子；

将1.7g氟硅烷改性硅藻土纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于abs基材上，室温固化24h制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating5；

所得涂层对10μl水滴的接触角为167.6°，滚动角为1.5°；1μl水滴的滚动角为3.9°；10μl正十六烷液滴的接触角为158.3°，滚动角为3.5°；1μl正十六烷液滴的滚动角为9.7°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为5.6°，10μl正十六烷的滚动角为8.3°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为9.6°，10μl正十六烷的滚动角为28.7°。

实施例6

将2gfeve树脂溶于8g乙酸丁酯中，随后在搅拌条件下加入8g乙醇，继续搅拌10min后制得feve树脂微球；

将2.3g海泡石分散至500ml乙醇-水的混合体系中（体积比为22:3），加入4.1g全氟辛基三乙氧基硅烷和0.7g正硅酸乙酯反应2h后将所得悬浮液抽滤、60℃干燥24h，制得氟硅烷改性海泡石纳米粒子；

将2g氟硅烷改性海泡石纳米粒子加入10gfeve树脂微球分散液中，搅拌30min后超声分散10min，然后将其喷涂于聚丙烯基材上，室温固化24h制得耐候型5g天线罩超疏液自清洁涂层，命名为coating6；

所得涂层对10μl水滴的接触角为167.8°，滚动角为1.7°；1μl水滴的滚动角为4.1°；10μl正十六烷液滴的接触角为157.6°，滚动角为4.5°；1μl正十六烷液滴的滚动角为9.8°。涂层负载4.3kpa的压力在1000目砂纸上摩擦300次（每次摩擦40cm）后对于10μl水滴的滚动角为5.2°，10μl正十六烷的滚动角为8.6°（图3）；1m盐酸、1m氢氧化钠、1m氯化钠溶液浸泡1000h后，涂层的超疏液性能无明显变化；紫外老化100个周期（每周期包括60℃光照4h，50℃淋雨4h）后，涂层超疏液性能无明显变化；户外放置720d后，涂层对于10μl水的滚动角为9.3°，10μl正十六烷的滚动角为28.3°。