一种无机有机复合超亲水涂料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种无机有机复合超亲水涂料及其制备方法与应用，为涂料技术领域。本发明专利技术超亲水涂料是由层状硅酸盐矿物加入水中，室温条件下搅拌并超声处理，得到混合均匀的悬浮液；再加入水性聚合物50℃～90℃的水浴搅拌反应2～5小时，得到插层改性后的聚合物溶液，然后加入纳米无机粉体、分散剂和消泡剂，反应后制得。本发明专利技术超亲水涂层的接触角可达0

【技术实现步骤摘要】
一种无机有机复合超亲水涂料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种超亲水涂料及其制备方法，具体涉及一种无机有机复合超亲水涂料及其制备方法与应用，属于超亲水涂料领域。

技术介绍

[0002]润湿性是许多工程和技术中最重要的核心，其中一种极端润湿状态
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超亲水性，即液体与薄膜之间接触角近0度，其研究进展一直备受学者的关注。超亲水性涂层在材料中对于水滴的影响作用力远远大于其材料表面的张力，使得水滴均匀铺展并形成一层水膜，阻止了污染物和材料的表面接触，同时通过风吹、雨水等方式冲刷，能够把材料表面的污染物排除从而实现自清洁的目标。因此，开发制备条件简单且耐久性优良的超亲水自清洁涂层，具有很高的应用价值。
[0003]超亲水涂层按化学成分分为有机聚合物涂层、无机涂层和有机
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无机复合三大类。
[0004]有机聚合物超亲水涂层通常是指一些富含亲水性官能团，如羟基、羧基、胺基和磺酸基团等的天然或人工合成的水溶性聚合物。这些亲水基团能够与水分子形成氢键或静电吸引等作用，导致形成连续或准连续的水膜层。在研究论文“Bioinspired adhesive coatings from polyethylenimine and tannic acidcomplexes exhibiting antifogging,self
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cleaning,and antibacterial capabilities(Ren JL，Zhu JT.JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE.2021.06.032Volume602 Page406
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414)”中作者通过优化聚乙烯亚胺和单宁酸的质量比，成功在基材表面沉积了接触角小于10
°
的仿生粘合剂超亲水涂层，该涂层具有优异的抗菌活性和自清洁能力。
[0005]超亲水无机涂层可分为两种。第一种是由固有亲水性材料(例如SiO 2
、氧化石墨烯等)以各种形式组成的涂层，包括实心、中空或介孔纳米颗粒、纳米薄片和纳米棒。第二种是由如TiO2或ZnO之类的光致超亲水材料构成，它们暴露于紫外线下一段时间后，接触角会减少到10
°
以下，达到超亲水状态。中国专利技术专利申请CN1687249A公开了一种超亲水涂层制备方法，该方法将二氧化钛溶胶涂覆到基材表面，经过高温煅烧和紫外光照射后，表面显示出了超亲水性能。
[0006]有机聚合物超亲水涂层的亲水效果持久而稳定，但缺点是涂层在水中容易溶胀，不耐溶剂和紫外线照射，不耐老化，硬度和耐磨性较差。无机超亲水涂层，如纳米SiO2、TiO2往往需要高温煅烧，以改善表面的亲水性和颗粒之间的结合力。另外颗粒之间的间隙易于吸收灰尘，降低了表面能并破坏了结构，使得不可能制备长期稳定的超亲水性涂层。与其他方法相比，无机有机复合涂层同时具备有机和无机涂层的优点，在性能上取长补短，产生协同效应，正在成为超亲水涂层研究的热点。中国专利技术专利申请CN111574899A公开了一种有机
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无机杂化防雾涂层及其制备方法，该方法将丙烯酸酯与硅溶胶混合，经过室温固化制得了水接触角为3
°
～6
°
的超亲水涂层。
[0007]目前，无机有机超亲水涂层主要采用的是无机纳米二氧化硅、二氧化钛等粉体与亲水有机溶剂复合制成。但由于纳米粉体与聚合物基质是点接触，所以无机粉体与有机聚
合物界面结合力弱，粉体容易被磨损冲刷掉，从而破坏了涂层的粗糙度，机械力学性能并不理想，使得涂层的超亲水性能在使用环境下维持的时间不够长。
[0008]中国专利技术专利申请202111640947.5公开了一种UV固化超亲水防雾涂料及其制备方法和应用，该涂料包括如下重量份数的组分：UV树脂低聚物30～70份、丙烯酸类单体20～50份、表面活性剂10～30份和改性二维纳米材料1～5份；所述改性二维纳米材料的制备原料包括二维纳米材料和改性剂；改性剂选自丙烯酸改性剂或丙烯酸酯改性剂。二维纳米材料选自纳米磷酸锆、改性石墨烯、蒙脱土、滑石粉或二氧化钛纳米片中一种以上。但是该技术二维纳米材料与UV树脂低聚物只是简单的物理混和，粉体和聚合物之间并没有形成化学键键合，对涂层的界面结合力提升有限，不能提高涂层的力学性能；而且该技术需要进行特定的紫外固化技术来获得超亲水表面，成本高。

技术实现思路

[0009]针对目前超亲水涂层领域存在的问题，其涂层的力学性能及耐水性能较差，表面微纳复合结构易受到破坏，使得涂层的使用寿命较短，本专利技术的目的在于提供一种粘结力强，具有优异机械稳定性的无机有机复合超亲水涂料及其制备方法。
[0010]本专利技术另一目的在于提供所述无机有机复合超亲水涂料的制备无机有机复合超亲水涂层的应用。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0012]一种无机有机复合超亲水涂料，其特征在于，是由层状硅酸盐矿物加入水中，室温条件下搅拌并超声处理，得到混合均匀的悬浮液；再加入水性聚合物50℃～90℃的水浴搅拌反应2～5小时，得到插层改性后的聚合物溶液，然后加入纳米无机粉体、分散剂和消泡剂，反应后制得；所述水性聚合物为聚乙烯醇，聚乙二醇和聚丙烯酸中任意一种或多种。
[0013]为进一步实现本专利技术目的，优选地，以质量百分比计，原料配方包括如下组分：5～30％的纳米无机粉体，2～10％的层状硅酸盐矿物，5～15％的水性聚合物，43.5～87.8％的水，0.1～1％的分散剂和0.1～0.5％消泡剂，各组分质量百分含量之和为100％；所述的纳米无机粉体为二氧化硅，二氧化钛和氧化锌中任意一种或多种。
[0014]优选地，所述的纳米无机粉体的尺寸为5～100nm。
[0015]优选地，所述的层状硅酸盐矿物为蒙脱土，云母和高岭石中任意一种或多种。
[0016]优选地，所述的纳米无机粉体与层状硅酸盐矿物的质量比的范围为0.5～15：1。
[0017]优选地，所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠和聚丙烯酰胺中任意一种或多种。
[0018]优选地，所述的消泡剂为硅树脂、二甲基硅油和乳化硅油中任意一种或多种。
[0019]所述的无机有机复合超亲水涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1，将层状硅酸盐矿物加入纯水中，室温条件下搅拌30～60min，超声处理15～30min，得到混合均匀的悬浮液；
[0021]步骤2，在悬浮液中加入水性聚合物，在50℃～90℃的水浴锅中搅拌反应2～5小时，得到插层改性后的聚合物溶液；
[0022]步骤3，在聚合物溶液中依次加入纳米无机粉体、分散剂和消泡剂，水浴锅控制加热温度为50℃～90℃搅拌30～60min，得到所述的无机有机复合超亲水涂料。
[0023]所述的无机有机复合超亲水涂料的制备无机有机复合超亲水涂层的应用，其特征在于：将所得无机有机复合超亲水涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机有机复合超亲水涂料，其特征在于，是由层状硅酸盐矿物加入水中，室温条件下搅拌并超声处理，得到混合均匀的悬浮液；再加入水性聚合物50℃～90℃的水浴搅拌反应2～5小时，得到插层改性后的聚合物溶液，然后加入纳米无机粉体、分散剂和消泡剂，反应后制得；所述水性聚合物为聚乙烯醇，聚乙二醇和聚丙烯酸中任意一种或多种。2.根据权利要求1所述的无机有机复合超亲水涂料，其特征在于：以质量百分比计，原料配方包括如下组分：5～30％的纳米无机粉体，2～10％的层状硅酸盐矿物，5～15％的水性聚合物，43.5～87.8％的水，0.1～1％的分散剂和0.1～0.5％消泡剂，各组分质量百分含量之和为100％；所述的纳米无机粉体为二氧化硅，二氧化钛和氧化锌中任意一种或多种。3.根据权利要求2所述的无机有机复合超亲水涂料，其特征在于：所述的纳米无机粉体的尺寸为5～100nm。4.根据权利要求1所述的无机有机复合超亲水涂料，其特征在于：所述的层状硅酸盐矿物为蒙脱土、云母和高岭石中任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的无机有机复合超亲水涂料，其特征在于：所述的纳米无机粉体与层状硅酸盐矿物的质量比的范围为0.5～15：1。6.根据权利要求1所述的无机有机复合超亲水涂料的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠和聚丙烯酰胺中任意一种或多种。7.根据权利要求1所述的无机有机复合超亲水涂料的制备方法，其特征在于：所述的消泡剂为硅树脂、二甲基硅油和乳化硅油中任意一种或多种。8.权利要求1
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7任一项所述的无机有机复合超亲水涂料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴笑梅，高强，李强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：