一种功能聚合物纳米涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能聚合物纳米涂料及其制备方法，所述纳米涂料包括：经反应原料反应后得到的含有部分有机基团的二氧化硅聚合物纳米颗粒和溶剂，所述反应原料包括：有机硅氧烷原料、无机碱、水和有机溶剂。所述制备方法包括：将有机硅氧烷原料与碱混合，并在其混合物中加入用有机溶剂稀释的水使其混合物与水发生水解聚合反应，得到纳米涂料。本发明专利技术所述的涂料为通过溶胶凝胶法制备的均匀分散的透明溶胶，对基材有极强的粘结作用。该涂料赋予基材表面优良的耐摩擦、耐划伤、耐腐蚀、易清洁、防锈、防粘功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涂料及其制备方法领域，尤其涉及一种多功能聚合物纳米涂料 及其制备方法。
技术介绍
一些制品包括金属和塑料的表面由于其材料的低硬度和强度在使用过程 中容易磨损和划伤。保护这些制品表面的方法之一是用涂料在其表面涂层。该 方法的目的是通过将无机粉末颗粒添加到有机涂料系统使得涂层的硬度增加， 从而提高制品的耐磨耐划伤性。由于纳米粒子表现出异于大颗粒所不具备特殊性能如大比表面积，在颗 粒均匀分布的前提下纳米涂料对制品表面性能具有更好的改善的效果。目前国 内国际的纳米涂料产品主要是将纳米粉末分散于已有的有机涂料系统。涂料的 纳米性能能否体现取决于纳米粉末自身是否团聚以及粉末在涂料系统是否能 均匀分散。一方面纳米粉末在制备过程需要干燥热处理，无团聚颗粒需要采取特殊的 方法才能制备，因而造成生产工艺的复杂和纳米粉末的高成本。另一方面纳 米粉末在分散到涂料系统也会遇到困难，因为纳米粉末的无机特性和涂料系 统的主要有机组分并不匹配，往往导致纳米粒子在涂料中局部聚结。不均匀 分散的纳米颗粒，不仅不能使其优良的功能在涂料中体现，反而会导致涂料涂 覆在材料表面后，出现涂层开裂、剥落等缺陷。解决这种问题的一般手段是将纳米粒子表面性能改变，使其与涂料的有机组分相容。日本专利JP002002371243AA公开了在有机粘结剂如聚丙烯多 羟基化合物加入分散的纳米金属氧化物合成抗划伤涂料的制备方法。德国专利DE10236141A1公布了在有机涂料中加入表面改性的二氧化硅纳米粒子提高 其耐划伤性能的方法。中国专利CN200610083724.2公开了一种用于建筑物表 面的耐污防粘的纳米涂料制备方法，亦是先将纳米粒子分散，然后再加入到有 机涂料体系中去。 .但是，由于涂料在基材上的涂层有大量的有机组分存在，其制品表面耐 磨耐划伤性能改善受到限制，而且不能根本解决有机涂料不能耐高温和在较 高温度下耐腐蚀差的缺陷。倘若制品表面涂层以无机氧化物成分为主，这种性 能瓶颈便能得到很好解决。
技术实现思路
为解决上述中存在的问题与缺陷，本专利技术提供了一种多功能聚合物纳米涂 料及其制备方法。该涂料是一种稳定的透明溶胶，与金属、玻璃和陶瓷基材表 面形成强力粘接。在固化于制品表面后，不仅能保持制品的原有形貌和光泽， 还能改善制品的耐磨抗划伤性，增强其耐温性能和抗腐蚀强度。加入氟硅烷功 能添加剂的涂料还具有防粘功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的-本专利技术所涉及的一种多功能聚合物纳米涂料，经反应原料反应后得到的含 有部分有机基团的二氧化硅聚合物纳米颗粒和溶剂，所述反应原料包括有机 硅氧烷原料、无机碱、水和有机溶剂；其中，有机硅原料占总原料的50-85%， 无机碱占总原料的0.1-10%，水加入量为总原料的1-25%，有机溶剂占总原料的 0.1-50%。所述的功能聚合物纳米涂料，所述涂料包括有防粘剂或无机纳米填料。 所述的功能聚合物纳米涂料，所述有机硅氧垸原料是一种或多种符合化学通式RnSi(OR，)4-n的有机硅氧烷原料，其中，R为氢、烷基、烯基或芳香基基团，R，为垸基，所述11 = 0， 1， 2，并且在原料中至少有一种有机硅氧垸原料n4或n=2;所述R与R，可以相同或不同，且R'的碳链最多含有4个碳原子；所述原料中 的有机硅氧烷的R:Si摩尔比率为0.3 - 1.2。所述的功能聚合物纳米涂料，所述无机碱为KOH、 NaOH、 CsOH或其混合 物；所述有机溶剂为醇类溶剂或醇醚类溶剂。所述的功能聚合物纳米涂料，所述防粘剂为含氟硅烷如十七氟癸基H甲 氧基硅烷，全氟辛基三乙氧基硅烷，十三氟代辛烷基三乙氧基硅垸，其含氟硅 烷的加入量占总原料的5-20%;所述无机纳米填料为纳米Si02、 Ti02、 AIO(OH)、 Al203和Zr02，且Si02、 Ti02、 AIO(OH)、 "203和21"02平均颗粒大小在100纳米 以下，加入量为纳米聚合物涂料的1-10%。本专利技术所涉及的一种多功能聚合物纳米涂料的制备方法，该方法包括将有机硅氧烷原料与碱混合，并在其混合物中加入用有机溶剂稀释的水使 其混合物与水发生水解聚合反应，得到纳米涂料。所述的聚合物纳米涂料的制备方法，所述有机硅氧烷原料与碱在室温下进 行混合的时间为2-36小时。所述的聚合物纳米涂料的制备方法，所述机硅氧垸原料与碱混合后的混合 物与水发生的水解聚合反应的时间为2-6个小时，其反应体系的PH值为10-14。所述的聚合物纳米涂料的制备方法，所述制得的纳米涂料是透明均匀涂料。本专利技术提供的技术方案的有益效果是本专利技术所述的涂料为通过溶胶凝胶法制备的均匀分散的透明溶胶，对基材 有极强的粘结作用，且涂料赋予基材表面优良的耐磨擦、耐划伤、耐腐蚀、.易 清洁、防锈、防粘功能。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述本实施例提供了一种多功能聚合物纳米涂料。采用溶胶凝胶法制备均匀分 散的纳米涂料，该涂料的反应原料包括有机硅氧烷原料、无机碱、水和有机 溶剂，通过反应原料制得的涂料的成分为含有部分有机基团的二氧化硅聚合物纳米颗粒和溶剂。其中，所述有机硅原料占总原料的50-85%，优选为65-80%; 无机碱占总原料的0.1-10%，优选为0.5-8%;水加入量为总原料的1-25%，优选 为1-15%;有机溶剂占总原料的0.1-50%，优选为0.1-20%。所述涂料必要时还包括有防粘剂或无机纳米填料。在溶胶凝胶过程中，作为起始原料的有机硅氧烷通过控制水解和聚合反应 形成稳定的溶胶体系。溶胶粒子的颗粒在100纳米以下，特别是在20纳米以下 使得获取的涂料系统因对可见光不散射成为透明。涂覆于基材后的溶胶在溶 剂挥发后成为凝胶，在凝胶体系中纳米颗粒相互联接形成了以二氧化硅为主体 的无机聚合物网络结构。该聚合物因主链由Si—O^Si链节组成，侧链带有少量 有机基团，因而兼具无机耐温、高强度、耐化学腐蚀和有机物弹性好的双重性 能。在高温下仅发生侧链有机基团的断裂，主链的硅氧键不会破坏，所以具有 很高的热稳定性。本专利技术通过将符合化学通式RnSi(OR，)4.n的一种或多种有机硅氧垸原料 在碱催化下与用有机溶剂稀释的水进行水解聚合反应实现涂料制备。该通式中 R为氢、垸基、烯基或芳香基基团，R'为烷基，它们可以相同或不同，n = 0， 1, 2, R，的碳链最多含有4个碳原子。在原枓中至少有一种有机硅氧烷原料的n = 1或2。 R基团和Si的摩尔比值在0.3-1.2范围类，更好的比率为0.4-1.0，最 优为0.5-0.8。本实施例提供的一种多功能聚合物纳米涂料的制备方法，该方法包括，有机硅氧烷与无机碱按重量配比置于玻璃反应容器中，在室温下混合2- 36 小时。按比例混合后的水和有机溶剂随后加入到上述混合物中。反应在搅拌 下进行2 - 6小时后，冷却到室温即制得透明纳米涂料。所述的有机硅原料占总原料的50-85% (重量百分比)，更优的配比是65-80%。所述的无机碱为KOH， NaOH， CsOH或它们的混合物。碱的加入量为总 原料的0.1- 10%，更优的配比是0.5-8%。水的加入量为总原料的1-25%，更优的配比是1-15%。所述的有机溶剂为普通的涂料溶剂包括醇类溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能聚合物纳米涂料，其特征在于，包括：经反应原料反应后得到的含有部分有机基团的二氧化硅聚合物纳米颗粒和溶剂，所述反应原料包括：有机硅氧烷原料、无机碱、水和有机溶剂；其中，有机硅原料占总原料的５０－８５％，无机碱占总原料的０．１－１０％，水加入量为总原料的１－２５％，有机溶剂占总原料的０．１－５０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文生，
申请(专利权)人：吕文生，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]