技术摘要：
本发明提供了一种超亲水功能涂料及其制备方法和应用。该超亲水功能涂料的制备原料包括硅酸盐、铝化合物、硼化合物、润湿剂和水，该涂料形成的涂层为透明涂层，外观良好，具有优良的自清洁性能和防雾性能，亲水角低至5°，水下疏油角达到160°，具有超亲水以及水下超疏油 全部
背景技术：
表面浸润性是固体表面的重要特征之一，通常用接触角来表征液体对固体表面的 浸润程度。超亲水一般是指水滴可以完全扩散在材料表面上，使其接触角小于10°。自然界 中存在许多超润湿现象，特别是一些动植物的超润湿现象为仿生材料的研究提供了有效的 方向。如猪笼草投手叶口缘和轮辋具有超亲水性能，主要原因是其微观表面为粗糙的微织 结构，并且带有粘稠状的亲水性液膜。一些水生动物如鲨鱼，其皮肤表面具有超亲水和水下 超疏油的特性，表皮的超亲水特性使它们在水中游动时大大降低了水的阻力，从而能在水 中快速移动，而水下的超疏油特性可以保持皮肤表面的清洁。 随着社会的发展，技术的进步，人们对生活环境的清洁程度有了更高的要求。如何 能够有效的实现环境的自清洁是人们一直关注的问题，使用超亲水涂料是解决该问题的途 径之一。超亲水涂料的作用机理之一为：在亲水性物质的表面构造粗糙度，当具有微-纳尺 寸粗糙度的亲水性表面与水滴接触时，为了使整个体系处于平衡状态，水滴首先会在固体 表面铺展并渗透到这些微-纳米尺寸的粗糙结构中，然后剩余的水在水膜表面完全铺展开。 虽然目前超亲水涂料在防污自洁、抗微生物粘附、防雾等领域展示出了优异的自 清洁性能，然而其微纳米结构制备的复杂性和结构的脆弱性会限制了其在自清洁领域的发 展。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种超 亲水功能涂料及其制备方法和应用。 根据本发明第一方面实施例的一种超亲水功能涂料，包括以下质量百分比计的制 备原料： 硅酸盐：20～40％， 铝化合物：0.5～5％， 硼化合物：1～10％， 润湿剂：0.01～2.0％， 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，包括以下质量百分比计的制备原料： 硅酸盐：20～30％， 铝化合物：0.8～2.0％， 硼化合物：1.0～5.0％， 润湿剂：0.05～0.5％， 3 CN 111592781 A 说 明 书 2/5 页 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，优选包括以下质量百分比计的制备原料： 硅酸盐：25％， 铝化合物：1.0％， 硼化合物：2.0％， 润湿剂：0.1％， 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，所述硅酸盐为硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钾钠、硅 酸镁、硅酸钙和硅酸铝中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述硅酸盐优选硅酸钠。 根据本发明的一些实施方式，所述铝化合物为铝酸钠、铝酸钾、氯化铝和氧化铝水 分散液中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述铝化合物优选氧化铝水分散液。 根据本发明的一些实施方式，所述硼化合物为四硼酸钾、四硼酸钠、硼酸、三氧化 二硼和硼酸钠中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述硼化合物优选四硼酸钠。 根据本发明的一些实施方式，所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十 二烷基硫酸钾、十六烷基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基二甲基胺乙内酯中的至少 一种。 根据本发明第二方面实施例的超亲水功能涂料的制备方法，所述制备方法为：先 将所述润湿剂与水混匀，再加入所述硅酸盐、铝化合物和硼化合物混匀即得。 根据本发明第三方面实施例的一种表面具有超亲水涂层的制品，所述制品表面含 有上述的超亲水功能涂料形成的超亲水涂层。 根据本发明实施例的超亲水功能涂料，至少具有如下技术效果： 本发明实施例的超亲水功能涂料形成的涂层为透明涂层，外观良好，具有优良的 自清洁性能(亲水角小于10°、水下疏油角大于150°)和防雾性能，亲水角低至5°，水下疏油 角达到160°，具有超亲水以及水下超疏油的特性。可以利用涂料水下超疏油的特性，将其用 于海洋设备的防污涂层、油水分离以及体内抗生物黏附材料中。 本发明实施例的超亲水功能涂料形成的涂层硬度达到9H，具有良好的耐磨性， 1500次摩擦循环后亲水角最大为15°，仍然具有良好的亲水性。1500次摩擦循环后疏油角高 达140°，仍然具有良好的水性疏油特性。 本发明实施例的超亲水功能涂料耐水性能良好，同时耐油性笔。适合用于各种金 属、玻璃、陶瓷的表面处理，尤其适用于厨房、浴室等的墙面和器具，具有保护基材，使基材 表面易清洁、耐洗刷，满足人们对生活环境清洁程度的高要求。 发明实施例的超亲水功能涂料的制备原料中： 硅酸盐含有易溶于水的碱金属离子，在水中会解离，硅酸盐的含量对涂料的耐水 性具有较大的影响，硅酸盐占涂料的总量优选为20～30％，硅酸盐的含量不宜超过涂料总 量的35％，过多会影响涂料的耐水性，使得涂层耐水性变差。 铝化合物为无机材料，具有耐水、耐洗刷、耐污性能，有助于涂料成膜，能提高涂料 4 CN 111592781 A 说 明 书 3/5 页 涂层的耐摩擦性和耐洗刷性。 硼化合物为无机材料，有助于提高涂料的亲水性和耐水性。 润湿剂为涂料提供润湿表面的作用。 硅酸盐和含硼化合物在混合和高温条件下，硅氧网络缩合，含硼化合物形成硼四 面体嵌入硅氧网络中，铝化合物均匀分散在整个体系网络形成物理作用力。硅酸盐和含硼 化合物都提供亲水性，水下涂层形成一层薄薄的水膜，停供有效的疏油性。 在本发明的实施例中，“超亲水”指亲水角小于10°。 附图说明 图1为涂层A的扫描电镜图。 图2为涂层A的原子力显微镜图。 图3为涂层A的可见光透过率图。 图4为涂层A在水下对各种粘度液态油的疏油程度示意图。 图5为涂层A在水下的粘附力测试示意图。
本发明提供了一种超亲水功能涂料及其制备方法和应用。该超亲水功能涂料的制备原料包括硅酸盐、铝化合物、硼化合物、润湿剂和水，该涂料形成的涂层为透明涂层，外观良好，具有优良的自清洁性能和防雾性能，亲水角低至5°，水下疏油角达到160°，具有超亲水以及水下超疏油 全部
背景技术：
表面浸润性是固体表面的重要特征之一，通常用接触角来表征液体对固体表面的 浸润程度。超亲水一般是指水滴可以完全扩散在材料表面上，使其接触角小于10°。自然界 中存在许多超润湿现象，特别是一些动植物的超润湿现象为仿生材料的研究提供了有效的 方向。如猪笼草投手叶口缘和轮辋具有超亲水性能，主要原因是其微观表面为粗糙的微织 结构，并且带有粘稠状的亲水性液膜。一些水生动物如鲨鱼，其皮肤表面具有超亲水和水下 超疏油的特性，表皮的超亲水特性使它们在水中游动时大大降低了水的阻力，从而能在水 中快速移动，而水下的超疏油特性可以保持皮肤表面的清洁。 随着社会的发展，技术的进步，人们对生活环境的清洁程度有了更高的要求。如何 能够有效的实现环境的自清洁是人们一直关注的问题，使用超亲水涂料是解决该问题的途 径之一。超亲水涂料的作用机理之一为：在亲水性物质的表面构造粗糙度，当具有微-纳尺 寸粗糙度的亲水性表面与水滴接触时，为了使整个体系处于平衡状态，水滴首先会在固体 表面铺展并渗透到这些微-纳米尺寸的粗糙结构中，然后剩余的水在水膜表面完全铺展开。 虽然目前超亲水涂料在防污自洁、抗微生物粘附、防雾等领域展示出了优异的自 清洁性能，然而其微纳米结构制备的复杂性和结构的脆弱性会限制了其在自清洁领域的发 展。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种超 亲水功能涂料及其制备方法和应用。 根据本发明第一方面实施例的一种超亲水功能涂料，包括以下质量百分比计的制 备原料： 硅酸盐：20～40％， 铝化合物：0.5～5％， 硼化合物：1～10％， 润湿剂：0.01～2.0％， 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，包括以下质量百分比计的制备原料： 硅酸盐：20～30％， 铝化合物：0.8～2.0％， 硼化合物：1.0～5.0％， 润湿剂：0.05～0.5％， 3 CN 111592781 A 说 明 书 2/5 页 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，优选包括以下质量百分比计的制备原料： 硅酸盐：25％， 铝化合物：1.0％， 硼化合物：2.0％， 润湿剂：0.1％， 余量为水。 根据本发明的一些实施方式，所述硅酸盐为硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钾钠、硅 酸镁、硅酸钙和硅酸铝中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述硅酸盐优选硅酸钠。 根据本发明的一些实施方式，所述铝化合物为铝酸钠、铝酸钾、氯化铝和氧化铝水 分散液中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述铝化合物优选氧化铝水分散液。 根据本发明的一些实施方式，所述硼化合物为四硼酸钾、四硼酸钠、硼酸、三氧化 二硼和硼酸钠中的至少一种。 根据本发明的一些实施方式，所述硼化合物优选四硼酸钠。 根据本发明的一些实施方式，所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十 二烷基硫酸钾、十六烷基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基二甲基胺乙内酯中的至少 一种。 根据本发明第二方面实施例的超亲水功能涂料的制备方法，所述制备方法为：先 将所述润湿剂与水混匀，再加入所述硅酸盐、铝化合物和硼化合物混匀即得。 根据本发明第三方面实施例的一种表面具有超亲水涂层的制品，所述制品表面含 有上述的超亲水功能涂料形成的超亲水涂层。 根据本发明实施例的超亲水功能涂料，至少具有如下技术效果： 本发明实施例的超亲水功能涂料形成的涂层为透明涂层，外观良好，具有优良的 自清洁性能(亲水角小于10°、水下疏油角大于150°)和防雾性能，亲水角低至5°，水下疏油 角达到160°，具有超亲水以及水下超疏油的特性。可以利用涂料水下超疏油的特性，将其用 于海洋设备的防污涂层、油水分离以及体内抗生物黏附材料中。 本发明实施例的超亲水功能涂料形成的涂层硬度达到9H，具有良好的耐磨性， 1500次摩擦循环后亲水角最大为15°，仍然具有良好的亲水性。1500次摩擦循环后疏油角高 达140°，仍然具有良好的水性疏油特性。 本发明实施例的超亲水功能涂料耐水性能良好，同时耐油性笔。适合用于各种金 属、玻璃、陶瓷的表面处理，尤其适用于厨房、浴室等的墙面和器具，具有保护基材，使基材 表面易清洁、耐洗刷，满足人们对生活环境清洁程度的高要求。 发明实施例的超亲水功能涂料的制备原料中： 硅酸盐含有易溶于水的碱金属离子，在水中会解离，硅酸盐的含量对涂料的耐水 性具有较大的影响，硅酸盐占涂料的总量优选为20～30％，硅酸盐的含量不宜超过涂料总 量的35％，过多会影响涂料的耐水性，使得涂层耐水性变差。 铝化合物为无机材料，具有耐水、耐洗刷、耐污性能，有助于涂料成膜，能提高涂料 4 CN 111592781 A 说 明 书 3/5 页 涂层的耐摩擦性和耐洗刷性。 硼化合物为无机材料，有助于提高涂料的亲水性和耐水性。 润湿剂为涂料提供润湿表面的作用。 硅酸盐和含硼化合物在混合和高温条件下，硅氧网络缩合，含硼化合物形成硼四 面体嵌入硅氧网络中，铝化合物均匀分散在整个体系网络形成物理作用力。硅酸盐和含硼 化合物都提供亲水性，水下涂层形成一层薄薄的水膜，停供有效的疏油性。 在本发明的实施例中，“超亲水”指亲水角小于10°。 附图说明 图1为涂层A的扫描电镜图。 图2为涂层A的原子力显微镜图。 图3为涂层A的可见光透过率图。 图4为涂层A在水下对各种粘度液态油的疏油程度示意图。 图5为涂层A在水下的粘附力测试示意图。
