光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及应用方法技术

本发明专利技术公开了一种光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及应用方法，涉及功能性纳米材料领域。它包括将钛酸酯和硅氧烷前驱体一起溶于乙醇，形成均匀透明的黄色溶液A；用酸调节蒸馏水至pH为0.5～1，并加入少量非离子表面活性剂，得溶液B；在搅拌下将溶液A逐滴到溶液B中，再加入少量稀土金属盐改性剂，于50-90℃的环境中搅拌4～8h，得到米白色溶胶。本发明专利技术制备的米白色溶胶稀释3-5倍后喷涂到任何固体表面，自然晾干，在可见光光照的条件下能够降解沾附于表面的大部分细菌、微生物、有机污染物和部分无机物，并且还能在室温条件下形成一层防水层，实现防水功能。实现防水功能。

【技术实现步骤摘要】
光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及应用方法


[0001]本专利技术涉及功能性纳米材料领域，尤其涉及光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及应用方法。

技术介绍

[0002]纳米技术是在纳米尺度(0.1～100nm)上，研究这种介于原子、分子、宏观物质之间的粒子的特性、结构、相互作用、理化性能及其制备、应用的一门新兴学科。
[0003]当物质粒径尺寸进入纳米数量级后，导致了纳米微粒奇异的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应，它们具有非常重要的应用价值。纳米材料的表面效应，是指纳米粒子表面原子与总原子数比随粒径的变小而急剧增大后引起性质上的变化。如刚制备的金属纳米粒子在空气中会燃烧，无机材料的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，形成吸附层。小尺寸效应又称体积效应，是指纳米微粒尺寸减小，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。当粒子尺寸下降到一定值时，粒子内部原子数目减少，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，这种特异效应为纳米材料的应用开拓了广阔的新领域。例如利用等离子共振频移随晶粒尺寸变化的性质，可通过改变晶粒尺寸来控制吸收波的位移，从而制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材料。量子尺寸效应，是指当粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象，即可看作由连续能级变成不连续的现象。该效应所带来的最直接的影响就是纳米材料吸收光谱的边界蓝移，纳米材料中处于分立的量子化能级中的电子的波动性，将直接导致纳米材料的一系列特殊性能如特异的化学催化和光催化性能等。
[0004]其中，纳米半导体氧化物二氧化钛(TiO2)被认为是最具应用潜力的光催化剂，在光照下可以降解周围的大部分有机污染物和部分无机物。其原因是 TiO2纳米光催化剂具有特殊电子结构，在一定波长光照下，能将表面吸附的水分子转变成强氧化性的羟基自由基(
·
OH)，该自由基能与有机污物和部分无机物质发生氧化还原反应，最终分解成CO2和H2O。自由基还可以破坏细菌等有机生物的细胞膜及病毒的蛋白质等达到杀菌消毒作用。2004年，本专利专利技术人之一的香港理工大学忻浩忠教授的研究团队，将棉布片在TiO2溶液中浸泡0.5min，然后取出弄干，放入97℃烤箱加热15min，再在沸水中煮3h制得自清洁纺织品。实验所制备的织物在紫外光照射下，可以对葡萄酒、化妆品、汗渍及咖啡造成的污迹进行分解消除，称之为光自清洁功能。然而，该项研究只能在紫外光的照射下实现并且未涉及光杀菌的效果。由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，只能吸收400nm以下波长的光，而太阳光中400nm以下的紫外光只占大概6％，以及人们长时间所处的室内灯光只属可见光范围，导致TiO2在光催化领域的使用受到限制。因此有必要对TiO2进行改性、扩展TiO2在可见光的吸收、充分利用。
[0005]另一方面，近年来，关于固体表面的防水处理引起了广泛的关注，拒水效应跟自由能以及表面结构都有很大的关系。人们在防水材料的制备和性能上进行了大量的理论和实践研究，制备方法包括有：模板法、化学沉淀法、自组装法、原位聚合法、离子溅射法等。但是
这些方法由于成本高，过程复杂，耗时长和应用范围狭窄等原因难以商业化。
[0006]其中氟碳化合物是纺织品防水整理应用最广泛的一类化学品，因为其超低的表面能，除了优异的防水性能以外，还提供防油性和防污性。然而，含氟化合物具有某些缺点，例如高成本，和潜在的人类健康风险和环境问题。美环境保护署对两种最广泛使用的全氟化合物，全氟辛酸(PFOA)和全氟辛基磺酸 (PFOS)，研究调查发现，它们其实是持久性极强、最难分解的有机污染物之一。PFOA和PFOS具有高水溶性，遍及存在于多种环境水体中，当它们被生物体摄入后不会在脂肪安排中发作富集，而是与蛋白发作键合后存在于血液中，并在肝脏、肾脏、肌肉等安排中发作蓄积，一起呈现出显着的生物富集性。PFOA 和PFOS还可形成新生儿的体重下降和体型变小，PFOA能导致内分泌功用紊乱，并存在致癌性，一起和甲状腺疾病也有必定关联。这对人类健康和环境产生巨大的危害。因此，从长远来看，使用无氟防水产品是必然的趋势，也会是消费者最终的必然选择。
[0007]总体来看，单一的功能纺织品越来越难以满足消费者的需求，多重功能以及健康环保将是纺织品未来的发展方向。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对上述技术问题，提出了一种光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及其应用方法。
[0009]第一方面，本专利技术的技术方案为：一种光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，包括以下步骤：将钛酸酯和硅氧烷前驱体一起溶于乙醇，形成均匀透明的黄色溶液A；用酸调节蒸馏水至pH为0.5～1，并加入少量非离子表面活性剂，得溶液B；在搅拌下将溶液A逐滴到溶液B中，再加入少量稀土金属盐改性剂，于50-90℃的环境中搅拌4～8h，得到米白色溶胶。
[0010]在上述技术方案中，所述的钛酸酯选自钛酸乙酯、钛酸丁酯、钛酸四异丙酯以及它们的混合物。
[0011]在上述技术方案中，所述的硅氧烷为二甲基二甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，丙基三甲氧基硅烷，丙基三乙氧基硅烷，丁基三甲氧基硅烷，丁基三乙氧基硅烷，戊基三甲氧基硅烷，戊基三乙氧基硅烷，己基三甲氧基硅烷，己基三乙氧基硅烷，辛基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷，十二烷基三甲氧基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷以及它们的混合物。
[0012]在上述技术方案中，所述的钛酸酯与硅氧烷的质量比为1:2～1:5。
[0013]在上述技术方案中，用于调节pH的酸选自盐酸，硝酸，硫酸，磷酸，醋酸，柠檬酸，丁烷四羧酸以及它们的混合物。
[0014]在上述技术方案中，所述的稀土金属盐改性剂为碳酸铈，碳酸钇，碳酸钕，草酸铈，硫酸铈，氯化镝，氯化钕，硝酸铈，硝酸钇以及它们的混合物，质量分数为0.2％-2％。
[0015]在上述技术方案中，所述的非离子表面活性剂为聚氧乙烯二壬基苯基醚，聚氧乙烯十二烷基醚，聚乙烯醇丙烯醚，乙二胺油酸酯，聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯，山梨醇酐脂肪酸酯，聚乙烯基吡咯烷酮以及它们的混合物，质量分数为0.1％-1％。
[0016]第二方面，本专利技术的技术方案为：光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的应用，将所制得的米白色溶胶稀释3-5倍，并将稀释后的溶胶液喷涂至干净整洁的基材表面，然后或直接将基材置于烘箱中烘干，或在基材自然渗透1小时后，再将基材置于烘箱中烘干，或于室
温下挂干至全干，此时即完成基材的光自洁、无氟防水多功能处理；其中，所述基材选自涤纶布、陶瓷、玻璃、水泥、砖和金属。
[0017]第三方面，本专利技术的技术方案为：光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的应用，先将所制得的米白色溶胶稀释3-5倍，然后将织物浸泡在稀释后的溶胶液中3-5分钟，接着将织物经轧车或者旋转甩干的方法脱水至带液率50-60％后，最后将经过脱水后的织物置于60-130℃烘箱中烘干至全干，此时即完成织物的光自洁、无氟防水多功能处理。
[0018]与现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法及其应用，其特征在于：包括以下步骤：将钛酸酯和硅氧烷前驱体一起溶于乙醇，形成均匀透明的黄色溶液A；用酸调节蒸馏水至pH为0.5～1，并加入少量非离子表面活性剂，得溶液B；在搅拌下将溶液A逐滴到溶液B中，再加入少量稀土金属盐改性剂，于50-90℃的环境中搅拌4～8h，得到米白色溶胶。2.根据权利要求1所述光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯选自钛酸乙酯、钛酸丁酯、钛酸四异丙酯以及它们的混合物。3.根据权利要求1所述光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，其特征在于，所述的硅氧烷为二甲基二甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，丙基三甲氧基硅烷，丙基三乙氧基硅烷，丁基三甲氧基硅烷，丁基三乙氧基硅烷，戊基三甲氧基硅烷，戊基三乙氧基硅烷，己基三甲氧基硅烷，己基三乙氧基硅烷，辛基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷，十二烷基三甲氧基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷以及它们的混合物。4.根据权利要求1所述光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯与硅氧烷的质量比为1:2～1:5。5.根据权利要求1所述光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，其特征在于，用于调节pH的酸选自盐酸，硝酸，硫酸，磷酸，醋酸，柠檬酸，丁烷四羧酸以及它们的混合物。6.根据权利要求1所述光自洁、无氟防水多功能纳米溶胶的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢海峰，王晓文，忻浩忠，高伟业，
申请(专利权)人：森宝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：