一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料、制备方法、用途及使用方法技术

一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料，包括氧化锌和二氧化硅形成的无机基体材料，对所述无机基体材料进行表面疏水性改性而成。通过氧化锌和二氧化硅混合制成复合溶液，然后通过交联反应和表面改性处理得到涂层材料复合原液。得到的涂层材料复合原液可用于文物保护、室内外建筑表面保护。本发明专利技术的涂层材料在使用时需先对待涂覆基材进行清洁预处理，然后进行喷涂。本发明专利技术的涂层材料，具有超疏水性、高疏油性、高稳定性；其制备方法简单，成本低，且环保。且环保。且环保。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料、制备方法、用途及使用方法


[0001]本专利技术属于新型微纳米功能材料及界面材料制备
，具体涉及一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO多功能涂层材料、制备方法、用途及使用方法。

技术介绍

[0002]在环境污染、人为破坏不断加剧的条件下，很多文物遗产，特别是室外文物都遭受破坏，其保存问题受到严峻挑战，特别是露天文物，其表面会因为潮湿，易被灰尘、鸟类粪便、微生物孢子、油污等附着和沉积，从而导致其遭受污染破坏。全国重点文物保护单位4296所，文物保护迫在眉睫。
[0003]文物修复过程中有四大原则要遵循：(1)不改变原状(2)最小干预(3) 可逆性(4)可识别(不失真)性。目前已经被应用的文物修复手段大多基于表面处理，由于其角色的特殊性限制，导致其修复效果和方法有待改善和提高。
[0004]目前提出的表面防护技术中，疏水抗污性能是一大热点。超疏水涂层的制备方法多种多样，如光刻技术、等离子体刻蚀、模板法、烧结法等，所制备的涂层效果显著、性能优异，但这些方法在文物保护领域都存在致命弊端，违背了“不改变原状”、不二次损害这一原则。
[0005]据文献记载，目前无损且能用于文物表面的疏水涂层方法多为喷涂法，表面防护涂层原材料大多是有机聚合物，不利于长久保护，而且性能单一。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种微纳米级粗糙结构SiO2@ZnO多功能涂层材料的制备方法，采用片层状ZnO纳米材料与不同尺度的SiO2纳米材料进行共振混合后引入硅烷偶联剂和氟碳化合物制备。通过制备的无机涂层材料进行石纹状文物表面喷涂或刷涂。本专利技术的制备的涂层材料为无机材料，具有疏水抗污、抗紫外线、材料性能稳定性高等优点，可长期在各种环境条件下使用，而不引起性能变化。该制备方法工艺可控、成本低、环保，构造了一种微纳米级粗糙表面结构，扩展了该涂层材料在室内外建筑、文物遗产等疏水抗污、抗紫外等多领域的应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料，包括氧化锌和二氧化硅形成的无机基体，对所述无机基体材料进行表面疏水性改性而成。
[0008]优选地，所述无机基体材料中，氧化锌加入量为氧化锌与二氧化硅质量之和的30％～64％。
[0009]优选地，通过硅烷偶联剂和氟碳化合物对所述无机基体材料进行表面疏水性改性。
[0010]本专利技术还提供了上述微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料的制备方
法，步骤包括：1)粉体混合：将氧化锌与二氧化硅按比例配比混合，按照4.3～17.5mg/ml浓度加入有机溶剂混溶；以质量百分比计，氧化锌加入量为氧化锌与二氧化硅质量之和的30％～64％；
[0011]2)交联反应及表面改性处理：在搅拌状态下加入硅烷偶联剂进行交联反应，以氧化锌与二氧化硅质量之和与硅烷偶联剂加入体积量的质量体积比0.86
‑
2.5g/ml比例确定硅烷偶联剂加入体积量；
[0012]在搅拌状态下加入氟碳化合物进行表面改性得到涂层材料原液，以氧化锌与二氧化硅质量之和与氟碳化合物加入体积量的质量体积比 0.98
‑
2.62g/ml比例确定氟碳化合物加入体积量。
[0013]优选地，所述步骤1)中，所述有机溶剂为乙醇。
[0014]优选地，所述步骤1)中，所述有机溶剂与氧化锌与二氧化硅在超声条件下混溶，超声时间45
‑
80min。
[0015]优选地，所述步骤2)中，硅烷偶联剂化学式为C
10
H
27
N3O3Si。
[0016]优选地，所述步骤2)中，交联反应温度28
‑
40℃。
[0017]优选地，所述步骤2)中，所述氟碳化合物化学式为C
16
F
17
H
19
O3Si。
[0018]优选地，所述步骤2)中，加入氟碳化合物后，搅拌时间2.5
‑
4h。
[0019]本专利技术还提供了微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料在文物保护或室内外建筑的用途。
[0020]本专利技术还提供了微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料在文物保护或室内外建筑上的使用方法，其步骤包括：1)待涂覆基体表面去杂质清洁预处理，保持待涂覆基体干燥；2)对涂层材料原液进行超声处理后，对待涂覆基体进行表面喷涂。
[0021]通过本专利技术制备的涂层材料原液进行涂覆后，其涂层产物经过视频光学接触角测量仪进行表面测量，可以直观得到表面水的接触角最高可达到 168
°
，平均接触角在155
°
以上，油的接触角平均在115
°
以上，显示出其超疏水性和高疏油性；而且对于不同基体，都能产生弹跳反应的超疏水特性；在紫外老化箱中静置60h后仍具备超疏水性，表明了其抗紫外特性；在恒温恒湿试验箱中模拟温度25
‑
55
‑
25
‑
(
‑
20)
‑
25℃；湿度25
‑
75
‑
25
‑
0％循环20次后，其涂层接触角无明显变化，最大下降8
°
左右，表明了室外条件下涂层材料的耐老化和稳定性等。
[0022]本专利技术采用简单的“三步法”制得的粗糙结构多功能超疏水性涂层材料，具有超疏水性和高疏油性，可在室外环境下长久使用。且其制备方法简单，成本低廉，且环保。在使用时，无损于基体材料，可用于文物及室内外建筑的表面保护。其可为进一步研究用于室外文物、建筑表面，减缓文物衰老朽化速度、进一步研究保护和修复文物遗产方案，做出切实有效的技术支持。
附图说明
[0023]图1为实施例1喷涂前后涂层表面在视频光学接触角测量仪下水、油静态接触角的对比图，其中a为水接触角，b为油接触角。
[0024]图2为实施例1制备的样品的SEM图谱。
[0025]图3为实施例1制备的样品的TEM图谱。
具体实施方式
[0026]本专利技术的微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料的制备方法，步骤包括：1)粉体混合：将氧化锌与二氧化硅按比例配比混合，按照 4.3～17.5mg/ml浓度加入有机溶剂，超声45
‑
80min混溶；以质量百分比计，氧化锌加入量为氧化锌与二氧化硅质量之和的30％～64％；
[0027]2)交联反应及表面改性处理：在搅拌状态下加入硅烷偶联剂进行交联反应，反应温度28
‑
40℃，搅拌时间45
‑
85min；以氧化锌与二氧化硅质量之和与硅烷偶联剂加入体积量的质量体积比0.86
‑
2.5g/ml比例确定硅烷偶联剂加入体积量；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料，包括氧化锌和二氧化硅形成的无机基体材料，对所述无机基体材料进行表面疏水性改性而成。2.根据权利要求1所述的微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料，其特征在于无机基体材料中，氧化锌加入量为氧化锌与二氧化硅质量之和的30％～64％。3.根据权利要求1所述的微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料，其特征在于通过硅烷偶联剂和氟碳化合物对所述无机基体材料进行表面疏水性改性。4.根据权利要求1至3任一所述的微纳米级粗糙结构的SiO2@ZnO超疏水性涂层材料的制备方法，步骤包括：1)粉体混合：将氧化锌与二氧化硅按比例配比混合，按照4.3～17.5mg/ml浓度加入有机溶剂混溶；以质量百分比计，氧化锌加入量为氧化锌与二氧化硅质量之和的30％～64％；2)交联反应及表面改性处理：在搅拌状态下加入硅烷偶联剂进行交联反应，以氧化锌与二氧化硅质量之和与硅烷偶联剂加入体积量的质量体积比0.86
‑
2.5g/ml比例确定硅烷偶联剂加入体积量；在搅拌状态下加入氟碳化合物进行表面改性得到涂层材料，以氧化锌与二氧化硅质量之和与氟碳化合物加入体积量的质量体积比0.98
‑
2.62g/ml比例确定氟碳化合物加入体积量。5.根据权利要求4所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建锋，柴玉梅，王岗，李允峰，魏小红，王芬，罗宏杰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：