一种多功能的超亲水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能的超亲水涂层，包括粘接层与功能纳米粒子，所述粘接层的一面键合所述功能纳米粒子，所述粘接层的另一面连接基材；所述粘接层为无机硅酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物或，所述粘接层为无机磷酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述功能纳米粒子与所述粘接层的纳米二氧化硅的粒径比为2:1～9:1，而且，所述功能纳米粒子的粒径为8～40nm，所述纳米二氧化硅的粒径为2～15nm。本发明专利技术有效克服现有超亲水涂层的制备条件苛刻的技术难题。可适用于玻璃、不锈钢、塑料等需要实现自清洁及其他如防静电、光催化分解、隔热等功能的产品。

A multi-functional super hydrophilic coating and its preparation method

The invention discloses a multifunctional hydrophilic coating, including bonding layer and functional nanoparticles, side key of the adhesive layer and the function of nanoparticles, the other side is connected with the substrate bonding layer; the bonding layer is a polymer formed by inorganic or inorganic silicate and silica nanoparticles, the adhesive layer as the inorganic polymer formed by inorganic phosphate and nano silica, nano silica nanoparticles and the function of the adhesive layer size ratio of 2:1 to 9:1, and the function of the particle size is 8 ~ 40nm, the nano silica particle size is 2 ~ 15nm. The invention can effectively overcome the difficult technical problems of the preparation conditions of the existing super hydrophilic coating. It can be applied to glass, stainless steel, plastic and other products that need to be self cleaning and other functions such as antistatic, photocatalytic decomposition, heat insulation and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能的超亲水涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种自洁涂料，具体涉及一种多功能的超亲水涂层及其制备方法。
技术介绍
“自清洁”概念始于20世纪90年代，自清洁根据其原理的不同分为超疏水和超亲水两类，超疏水涂层为水接触角＞150°，滚动角＜10°的涂层，其自清洁原理主要通过表面水珠的滚动带走表面污染物实现自清洁效果；超亲水涂层则是水接触角＜5°，通过在表面形成水膜而带走表面污染物最终实现自清洁效果。超亲水涂层因水的接触角接近于0°，小水滴与涂层接触时便迅速铺展开，形成均匀的水膜，不会影响产品的光学性能，同时水膜可起到阻挡、隔离污物的效果，可实现油、污物等的易清洁效果。目前超亲水涂层多通过引入二氧化钛或亲水性二氧化硅、三氧化铝等纳米颗粒实现：基于二氧化钛的超亲水涂层需要在有紫外光照射的条件下方可实现表面的超亲水现象，在室内或黑暗的环境中则无法保证其长效性，限制了其应用范围；多数引入二氧化硅纳米颗粒的超亲水涂层均需高温处理，如静电组装而后烧结形成粗糙表面结构(CN200610113975.0)的方式实现超亲水涂层，需要在550℃条件下烧结2h，制备条件较为苛刻。总体来说，目前这些技术的超亲水涂层的自清洁、防雾效果及耐久性或制备条件尚不理想。再者，目前市场上的自洁涂料较为功能单一，不能满足市场的需求。因此，急需研发一种易于制备的多功能的超亲水涂层。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种多功能的超亲水涂层及其制备方法，其简单制备，实现自清洁同时还具备其他功能，如防静电、光催化分解、隔热等。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种多功能的超亲水涂层，包括粘接层与功能纳米粒子，所述粘接层的一面键合所述功能纳米粒子，所述粘接层的另一面连接基材；所述粘接层为无机硅酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机硅酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6，或，所述粘接层为无机磷酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机磷酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6；所述功能纳米粒子与所述粘接层的纳米二氧化硅的粒径比为2:1～9:1，而且，所述功能纳米粒子的粒径为8～40nm，所述纳米二氧化硅的粒径为2～15nm。进一步，所述功能纳米粒子为纳米级的ITO、纳米级的ATO、纳米级的TiO2或纳米级的WO3任意一种或两种以上。所述纳米级的ITO即为纳米铟锡氧化物，其提供防静电等功能；所述纳米级的ATO即为纳米氧化锡锑，其提供防静电等功能；所述纳米级的TiO2即为纳米二氧化钛，其提供光催化分解等功能；所述纳米级的WO3即为纳米三氧化钨，其提供隔热等功能。当加入两种以上功能纳米粒子，则实现复合功能，可因应不同的需求同时实现两种(防静电与隔热的结合、光催化分解与隔热的结合等)、三种(防静电、隔热与光催化分解的结合)甚至是四种功能，充分满足市场的多元化需求。具体地，所述无机硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂。其中，硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂均为具有相应模数的碱金属硅酸盐，含有大量硅羟基，可与二氧化硅或自身的硅羟基进一步交联聚合形成无机聚合物实现粘接功能，因此，优选硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂。具体地，所述无机磷酸盐为磷酸二氢铝。进一步，所述纳米级的ITO与粘接层质量比为1:10～1:30。本专利技术的方阻在105Ω/□～109Ω/□时即可实现防静电功能，纳米铟锡氧化物的量越大则方阻越小，本专利技术的所述纳米铟锡氧化物与粘接层质量比分别是，实施例1是1：20，实施例2是1:27，实施例3是1:10。具体地，还包括固化剂，所述固化剂为金属氧化物、金属氢氧化物、硼酸盐、氟硅酸盐或有机酯。固化剂种类为行业类常规固化剂，为实现透明功能涂层，多采用水溶性盐，或粒径小于20nm的金属氧化物或氢氧化物的纳米分散液。不加固化剂也可以实现功能涂层的制备，但是需要加热，当引入固化剂则不需要加热。本专利技术还提供了一种多功能的超亲水涂层的制备方法，其步骤如下：(1)在容器中加入一定量的纳米二氧化硅溶液，加入足量的去离子水稀释后，搅拌状态下加入无机硅酸盐或无机磷酸盐，反应一段时间后加入功能纳米粒子溶液，搅拌均匀后得到多功能的超亲水涂层前驱体溶液；(2)通过刷涂或喷涂的方法将所述多功能的超亲水涂层前驱体溶液涂覆于基材表面，既得多功能的超亲水涂层。进一步，将所述多功能的超亲水涂层前驱体溶液通过刷涂或喷涂的方法涂覆于所述基材表面，室温放置24h或150℃加热30-60min后，既得超亲水功能涂层。与现有技术相比，具有如下积极效果：1、本专利技术采用无机硅酸盐或无机磷酸盐以相对较低质量比例，利用纳米二氧化硅的尺寸效应堆叠形成具有一定粗糙度的粘接层，同时利用功能纳米粒子与纳米二氧化硅的尺寸差异，实现功能纳米粒子的富集于涂层表面，利用涂层的自身亲水性与所形成的表面粗糙度实现多功能亲水涂层的制备，无需高温烧结处理，相比常规直接混合的添加方案，所需功能纳米粒子的量大大降低；其中，无机硅酸盐或无机磷酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6，当小于1:9，则二氧化硅含量太多，涂层成膜性较差，强度不足，当超过4:6则无机盐组份较多，二氧化硅较少，难以通过二氧化硅粒子的堆叠实现粗糙表面的制备；此外，所述功能纳米粒子与所述粘接层的纳米二氧化硅的粒径比为2:1～9:1，如果功能纳米粒子与二氧化硅粒子的粒径太接近，则功能纳米粒子与二氧化硅粒子无法显著区分，难以实现功能粒子富集于表面，如果功能纳米粒子与二氧化硅粒子的粒径差别太大，则会出现功能纳米粒子与粘接层接触面小，粘接不够，涂层强度不足；2、采用加入固化剂的方案可实现室温固化，有效克服现有超亲水涂层的制备条件苛刻的技术难题。本专利技术的多功能的超亲水功能涂层适用于玻璃、不锈钢、塑料等需要实现自清洁及其他如防静电、光催化分解、隔热等功能的产品。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。其中，1-粘接层，2-纳米二氧化硅；3-无机盐聚合物；4-功能纳米粒子；5-基材。具体实施方式请参阅图1，本专利技术所述多功能的超亲水功能涂层，包括粘接层与功能纳米粒子，所述粘接层的一面键合所述功能纳米粒子，所述粘接层的另一面连接基材；所述功能纳米粒子为具有导电性、光催化性或吸收红外线等功能的纳米粒子。实施例1本实施例1的超亲水功能涂层，通过以下方法制备，其步骤如下：在三口烧瓶中加入阿克苏诺贝尔的硅溶胶LevasilCC151(固含15％，5nm)60g，搅拌状态下加入35.5g去离子水，而后加入PQ的硅酸钾溶液KASIL(固含36％)2.8g和上海沪正的ITO-WP030(固含30％，20-30nm)1.7g，室温下搅拌1h，最终制备出100g固含约10％的功能涂层前驱体溶液，再加入0.01gBYK381作为流平剂，通过喷涂的方法涂覆于基材表面，150℃加热60min后即得超亲水防静电涂层，涂层水滴接触角3°，表面方阻为2*108Ω/□。实施例2本实施例2的超亲水功能涂层，通过以下方法制备，其步骤如下：在三口烧瓶中加入阿克苏诺贝尔的硅溶胶LevasilCC151(固含15％，5nm)42.7g，搅拌状态下加入51.4g去离子水，而后加入PQ的硅酸钾溶液KASIL(固含36％)4.4g、上海沪正的ITO-WP030(固含30％，20-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能的超亲水涂层，其特征在于：包括粘接层与功能纳米粒子，所述粘接层的一面键合所述功能纳米粒子，所述粘接层的另一面连接基材；所述粘接层为无机硅酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机硅酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6，或，所述粘接层为无机磷酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机磷酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6；所述功能纳米粒子与所述粘接层的纳米二氧化硅的粒径比为2:1～9:1，而且，所述功能纳米粒子的粒径为8～40nm，所述纳米二氧化硅的粒径为2～15nm。

【技术特征摘要】
1.一种多功能的超亲水涂层，其特征在于：包括粘接层与功能纳米粒子，所述粘接层的一面键合所述功能纳米粒子，所述粘接层的另一面连接基材；所述粘接层为无机硅酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机硅酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6，或，所述粘接层为无机磷酸盐与纳米二氧化硅所形成的无机聚合物，所述无机磷酸盐与纳米二氧化硅的质量比为1:9～4:6；所述功能纳米粒子与所述粘接层的纳米二氧化硅的粒径比为2:1～9:1，而且，所述功能纳米粒子的粒径为8～40nm，所述纳米二氧化硅的粒径为2～15nm。2.如权利要求1所述多功能的超亲水涂层，其特征在于：所述功能纳米粒子为纳米级的ITO、纳米级的ATO、纳米级的TiO2或纳米级的WO3任意一种或两种以上。3.如权利要求1所述多功能的超亲水涂层，其特征在于：所述无机硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂。4.如权利要求1所述多功能的超亲水涂层，其特征在于：所述无机磷酸盐为磷酸二氢铝。5.如权利要求2所述多功能的超亲水涂层，其特征在于：所述纳米级的ITO与粘接层质量比为1:10～1:30。6.如权利要求1所述多功能的超亲水涂层，其特征在于：还包括固化剂，其为金属氧化物、金属氢氧化物、硼酸盐、氟硅酸盐或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勋山，伍淼，王勇，王靖，
申请(专利权)人：伍淼，刘勋山，
类型：发明
国别省市：广东,44