纳米功能涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米功能涂料领域，公开了主要适用于玻璃表面的纳米功能涂料及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：(1)将醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂混合，然后在酸性条件下，将得到的混合物与石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水混合制备无机胶黏剂；(2)在碱性条件下，将锐钛矿型纳米二氧化钛粉体、分散剂和分散介质混合接触制备纳米二氧化钛分散液；(3)将步骤(1)所得的无机胶黏剂产物与步骤(2)所得的纳米二氧化钛分散液产物混合得到纳米功能涂料；其中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷偶联剂。本发明专利技术所述涂料形成的涂层具有硬度高、超亲水性、透光率高、耐久性好等优点。

Nano-functional Coatings and Their Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
纳米功能涂料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米功能涂料领域，具体地，涉及主要适用于玻璃表面的纳米功能涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着现代科学技术和玻璃技术的发展及人民生活水平的提高，建筑玻璃的功能不再仅仅是满足采光要求，玻璃在建筑中的用量迅速增加，成为继水泥和钢材之后的第三大建筑材料。尤其是近年来在建筑中应用的玻璃幕墙，作为当代的一种新型墙体，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。在世界各大洲的主要城市均建有宏伟华丽的玻璃幕墙建筑，如纽约世界贸易中心、芝加哥石油大厦、西尔斯大厦都采用了玻璃幕墙。香港中国银行大厦、北京长城饭店和上海联谊大厦也相继采用。但玻璃幕墙很容易被污染，尤其在大气含尘量较多、空气污染严重、干旱少雨的北方地区，玻璃幕墙更易蒙尘纳垢，影响城市景观，灰尘难以或需要频繁清洗，导致成本上升、工作难度加大、使玻璃幕墙的优势难以充分发挥，而且玻璃幕墙有反光问题从而造成光污染。涂上具有吸光性能的超亲水自清洁涂料后，不仅能够实现自清洁功能，还能大量地吸收光线，避免反射光污染影响市民，涂料中的光触媒还能够氧化分解空气中的污染物，达到杀菌消毒、净化空气的作用，对环境治理具有积极贡献。目前市场上自洁涂料总体上可以分为3类：疏水自洁涂料、无机亲水自洁涂料、有机亲水自洁涂料。疏水自洁涂料在玻璃或陶瓷表面会出现疏水效应，表现为水在物体表面呈水珠状，并向低处滑动，水珠会把灰尘等细小杂物裹走，从而达到清洁的效果。但由于疏水产品一般是亲油的有机高分子材料，由于静电吸附作用易粘灰，污染物沉积后难以用水冲洗干净，尤其不适于在北方雨水较少的地区使用。亲水自洁涂料主要有无机和有机两种：无机亲水自洁涂料以纳米二氧化钛为主要原料，喷涂在玻璃表面迅速形成一层亲水水膜，使脏污难以附着，在雨水的冲刷下被冲洗下来，达到自洁的目的。但这种涂料也容易吸附油性污染物，并且在玻璃上的耐久性不好。有机亲水自洁涂料通过添加合适的亲水化剂可以使涂膜形成亲水化表面，赋予涂层自洁性，但形成的涂层接触角较大，自洁效果不是很明显。目前，现有技术中没有兼具自清洁，吸收紫外光，净化空气，耐候性好，附着力高，寿命长，超亲水，防静电，可实现常温固化且固化时间短，施工简易且可实现大面积施工的广泛适用于玻璃、玉石、镜子等表面的纳米功能涂料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的接触角较大、透光性不好等缺陷，提供一种自清洁性能较好，吸收紫外光，净化空气，耐候性好，附着力高，寿命长，超亲水，防静电，可实现常温固化且固化时间短，施工简易且可实现大面积施工的纳米功能涂料及其制备方法，主要用于玻璃表面，尤其适用于玻璃幕墙表面。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种纳米功能涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)将醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂混合，然后在酸性条件下，将得到的混合物与石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水混合制备无机胶黏剂；(2)在碱性条件下，将锐钛矿型纳米二氧化钛粉体、分散剂、分散介质混合制备纳米二氧化钛分散液；(3)将步骤(1)所得的无机胶黏剂和步骤(2)所得的纳米二氧化钛分散液混合得到纳米功能涂料；其中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷偶联剂。第二方面，本专利技术提供上述方法制备的纳米功能涂料。第三方面，本专利技术提供上述纳米功能涂料在玻璃表面的应用，尤其是在玻璃幕墙表面的应用。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术所述的方法将改性二氧化硅/石墨烯(或碳纳米管)复合纳米无机胶黏剂与碱性条件下制得的锐钛矿型纳米二氧化钛分散液混合制备纳米功能涂料。所制得的涂料稳定性好，可常温固化且固化时间短，施工简易且可大面积施工，室温成膜性好，涂层更薄等优点，主要用于玻璃表面，尤其适用于玻璃幕墙表面。该涂料形成的涂层兼具自清洁性好、涂层接触角小、有效减少脏污附着，透光率高，吸收紫外光，净化空气，耐候性好，附着力高，寿命长，耐久性好，超亲水，防静电性能好等优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1为实施例1制备的纳米功能涂料形成的涂层在玻璃表面的接触角。图2为实施例1制备的纳米功能涂料形成的涂层在雨中的效果(左侧无涂层，右侧有涂层)。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种纳米功能涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)将醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂混合，然后在酸性条件下，将得到的混合物与石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水混合制备无机胶黏剂；(2)在碱性条件下，将锐钛矿型纳米二氧化钛粉体、分散剂和分散介质混合制备纳米二氧化钛分散液；(3)将步骤(1)所得的无机胶黏剂与步骤(2)所得的纳米二氧化钛分散液混合得到纳米功能涂料；其中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷偶联剂。本专利技术的方法中，对步骤(1)所述有机醇的选择没有特别的限定，可以为本领域常规选择，只要能使硅酸酯类化合物进行醇解反应即可。在优选情况下，所述有机醇为丁醇、丙醇和乙醇中的至少一种。本专利技术的方法中，对步骤(1)所述硅酸酯类化合物的选择没有特别的限定，可以为本领域常规选择。在优选情况下，所述硅酸酯类化合物选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和正硅酸丁酯中的至少一种。本专利技术的方法中，步骤(1)所述酸性条件可以为：pH值为1-5，具体地，例如可以为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。优选地，所述酸性条件为：pH值为2-3。本专利技术的方法中，步骤(1)中实现酸性条件的技术手段没有特别的限定，只要能够调节pH值且不影响反应体系即可，例如可以向反应体系中滴加酸性溶液，如稀盐酸溶液或稀硝酸溶液。所述酸性溶液的浓度没有特别的限定，可以采用本领域常用的浓度。本专利技术的方法中，步骤(1)中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷。在优选情况下，所述有机硅烷改性剂可以为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种，均可以为市售产品。更优选地，所述改性剂为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。本专利技术的方法中，步骤(1)中，所述石墨烯和/或碳纳米管的分散液可以为石墨烯的分散液、碳纳米管的分散液或石墨烯/碳纳米管的混合分散液。所述分散液的质量浓度为0.1％-5.0％，具体地，例如可以为0.1％、0.5％、1％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。更优选地，所述分散液的质量浓度为0.1％-1％。本专利技术的方法中，对步骤(1)所述分散液中的分散介质可以为水溶性溶剂，例如可以选自水、甲醇、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米功能涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂混合，然后在酸性条件下，将得到的混合物与石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水混合制备无机胶黏剂；(2)在碱性条件下，将锐钛矿型纳米二氧化钛粉体、分散剂和分散介质混合制备纳米二氧化钛分散液；(3)将步骤(1)所得的无机胶黏剂与步骤(2)所得的纳米二氧化钛分散液混合得到纳米功能涂料；其中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷偶联剂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米功能涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂混合，然后在酸性条件下，将得到的混合物与石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水混合制备无机胶黏剂；(2)在碱性条件下，将锐钛矿型纳米二氧化钛粉体、分散剂和分散介质混合制备纳米二氧化钛分散液；(3)将步骤(1)所得的无机胶黏剂与步骤(2)所得的纳米二氧化钛分散液混合得到纳米功能涂料；其中，所述有机硅烷改性剂选自含有氨基的硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述酸性条件为：pH值为1-5。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，石墨烯和/或碳纳米管的分散液、水、醇、硅酸酯类化合物和有机硅烷改性剂的质量比为1-7:15-30:50-100:12-30:15-32，优选为1-5:20-28:75-100:16-24:19-27。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述有机硅烷改性剂选自N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述石墨烯和/或碳纳米管的分散液的质量浓度为0.1％-5.0％，优选为0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡雪迎，张林，徐秀娟，
申请(专利权)人：新材料与产业技术北京研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11