CN101148325B - 一种用于玻璃的纳米防护液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂料加工领域，特别涉及一种用于玻璃的纳米防护液及其制备方法。该纳米防护液的组成成份包括：长链有机硅氧烷、纳米浆、有机或无机酸、有机溶剂及水。采用本发明所述的纳米防护液，对玻璃进行处理后，能使玻璃产生疏水、抗灰尘、抗紫外线等功能，能够有效防治玻璃表面的污染，同时可以防止在玻璃表面积霜、结冰等现象，不用清洗而保持自然清洁，节省了大量维护费用，避免了清洁剂对环境的破坏和对玻璃幕墙的损害；同时，该纳米防护液的制备方法简单易行，成本低。

Description

一种用于玻璃的纳米防护液及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料及玻璃加工领域，特别涉及一种用于玻璃的纳米防护液及其制备方法。

背景技术

常见的普通玻璃包括建筑玻璃和汽车玻璃，它们均为亲水性物质。为了保持玻璃的清洁和透明，现在常用的清洁方法是人工进行清洗。

现代高层建筑大多采用玻璃幕墙，但污浊的空气、雨水等污染物会使其很快失去光彩，并导致玻璃透光率大大下降，这就面临着玻璃幕墙大规模使用带来的难清洗问题。如果采用常规的清洗方法，对于高层建筑而言，则存在安全隐患，且清洗费用高、不利于环保。

现在随着生活质量的提高，很多家庭拥有私家车，汽车在生活中扮演着越来越重要的角色，人们越来越重视汽车的保养和安全。在雨季时，汽车玻璃在雨天会形成一层水膜，尤其是汽车的前挡风玻璃如果形成水膜，虽然有雨刷帮助，但是雨刷不能完全刷去雨水，汽车玻璃上仍然会有水膜的形成，这容易使汽车驾驶员视野模糊不清，非常不安全，可能导致车祸发生；冬天时，由于气温很低，特别是在寒冷的地区，汽车玻璃常会产生霜冻，难以清理，人们通常会用手工的方式进行清理，或者先热车后慢慢的将霜冻清理后再上路，非常不方便。

中国发明专利CN1931448《一种可在多种表面形成疏水透明薄膜的方法》，该方法公开了一种制备疏水透明薄膜的方法，该方法中的疏水透明薄膜是通过将氟硅烷与醇搅拌后加入稀酸制得的，通过该方法得到的疏水透明薄膜具有良好的疏水和防污能力，但是，该方法中所采用的氟硅烷类物质，主要是十三氟辛烷基三乙氧基硅烷或十七氟癸烷基三乙氧基硅烷，而上述氟硅烷类产品目前主要依赖国外进口，价格十分昂贵，造成生产和使用成本过高，还无法达到广泛应用的程度，无法进行更一步的推广和应用。

发明内容

针对现有技术中所存在问题，本发明的目的在于提供一种用于玻璃的纳米防护液，该纳米防护液中的组分容易获得、成本低廉，易于广泛的推广使用；并且采用本发明所述的纳米防护液对建筑玻璃和汽车玻璃进行表面处理后，能够使玻璃产生疏水、抗灰尘、抗紫外线等功能，能够有效防治玻璃表面的污染，同时能够防止在玻璃表面积霜、结冰等现象，实现基本不用清洗而保持自然清洁的效果。

本发明的另一目的在于提供一种用于玻璃的纳米防护液的制备方法，该方法操作简单，容易实现，且成本低，应用广泛；并且通过该方法制备的纳米防护液，对建筑玻璃和汽车玻璃进行表面处理后，具有良好的疏水、抗灰尘、抗紫外线能力。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于玻璃的纳米防护液，包括如下组分及含量(以重量百分比计)：

(1)长链有机硅氧烷       0.5-5％

(2)纳米浆               0.5-5％

(3)有机酸和/或无机酸    0.1-1％

(4)有机溶剂             80-99％

(5)水                   0-10％

所述的长链有机硅氧烷是指长链烷基三烷氧基硅氧烷，分子式是C_nH_2n+1Si(OC_mH_2m+1)₃，n＝7～20，m＝1或2；

所述的纳米浆是指粒径范围5-50nm的氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝等物质一种或几种组成的无机纳米材料的溶剂型分散体，无机纳米材料含量5％-50％；

所述的无机酸是盐酸、硝酸、硫酸；有机酸是醋酸；

所述的有机溶剂是乙醇、异丙醇、丁醇、溶剂油、正己烷、丙酮、二甲苯、乙酸乙酯。

进一步，为使本发明获得更好的发明效果，所述的长链有机硅氧烷是如上述分子式的长链烷基三烷氧基硅氧烷，其中，n＝12～20，m＝1或2；

再进一步，所述的长链烷基三烷氧基硅氧烷是十二烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷；

进一步，为使本发明获得更好的发明效果，所述的一种用于玻璃的纳米防护液，包括以下组分及含量(重量百分比计)：

(1)长链有机硅氧烷       0.8-3％

(2)纳米浆               1-3％

(3)有机酸和/或无机酸    0.2-0.8％

(4)有机溶剂             94-98％

(5)水                   0-2％

更进一步，为使本发明获得更好的发明效果，所述的一种用于玻璃的纳米防护液，包括以下组分及含量(重量百分比)：

(1)长链有机硅氧烷       1.0-2％

(2)纳米浆               2-3％

(3)有机酸和/或无机酸    0.3-0.5％

(4)有机溶剂             95-98％

(5)水                   0-1％

一种用于玻璃的纳米防护液的制备方法，包括如下步骤：

(1)纳米浆的制备：将无机纳米材料即粒径范围5-50nm的氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝物质中的一种或几种的组合5-50份(按重量100份中所占份数)、分散剂1-3份，在常温下加入到50-94份有机溶剂中，然后依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得粒径范围5-50nm、纳米材料含量5-50％的稳定分散体即纳米浆；分散剂可选择溶剂中使用的分散剂，如德国毕克化学公司的BYK-110、BYK-111、BYK-112、BYK-161、BYK-180、BYK-181、BYK-9076，德国degussa公司的TEGO-630、TEGO-710、TEGO-700；

(2)然后将步骤(1)中得到的稳定分散体即纳米浆按照本发明所述的含量将纳米浆与长链有机硅氧烷、有机酸和/或无机酸、有机溶剂以及水混合搅拌均匀，即制得本发明所述的纳米防护液。

使用方法：

将本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液对玻璃进行处理时，采用的具体方法是：采用浸泡、喷淋、超声、涂刷、抛光等方法对玻璃基材进行前处理，前处理时使用表面活性剂、抛光粉、抛光液等，以获得清洁后的干净玻璃；

玻璃清洗干净后，将本发明所述的纳米防护液均匀施于玻璃表面，采用的方法为：喷涂、浸涂、抹涂的方法，3-10分钟后将玻璃表面残余的纳米防护液擦掉。为了保持玻璃的透明性，可以用纸巾、无纺布、海绵、抛光机等对玻璃表面再次进行精细抛光。

本发明具有如下优点：

(1)采用本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液及其制备方法，利用纳米防护液对建筑玻璃和汽车玻璃进行表面处理后，在玻璃表面形成于类似于荷叶的微观结构，使玻璃产生疏水、抗灰尘、抗紫外线等功能，能够有效防治玻璃表面的污染，同时可以防止在玻璃表面积霜、结冰等现象，不用清洗而保持自然清洁，每年可以节省大量维护费用，避免了清洁剂对环境的破坏，以及对玻璃幕墙的损害。

(2)制备本发明所述的纳米防护液时，所用物质为长链有机硅氧烷，成本低廉，容易获得，防污效果非常优良，完全可以与现有的技术相比，不需再采用外国高昂的进口，可以更广泛的应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述：

实施例一：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十二烷基三甲氧基硅烷    2％

(2)纳米浆                  1％

(3)盐酸                    0.2％

(4)乙醇                    95.8％

(5)水                      1％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将30克30nm的纳米氧化铝和2克分散剂在常温下加入到68克乙醇溶剂中，然后依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为30％的稳定分散体即纳米浆；本实施例中所用分散剂为：BYK-110；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与200克十二烷基三甲氧基硅烷、20克盐酸、9580克乙醇、100克水)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用抛光液处理玻璃表面并用水冲洗干净，将本实施例中制得的纳米防护液滴加到已用抛光液处理干净的玻璃表面，用纸巾将其涂抹均匀，待5分钟后表面干燥后再用抛光机对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

实施例二：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十八烷基三甲氧基硅烷    1.5％

(2)纳米浆                  2％

(3)醋酸                    1％

(4)异丙醇                  95.5％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将20克10nm的二氧化硅和3克分散剂在常温下加入到77克异丙醇溶剂中，然后依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为20％的稳定分散体即纳米浆，本实施例中所用分散剂为：BYK-180；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与75克十八烷基三甲氧基硅烷、50克醋酸、4775克异丙醇)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用氨基表面活性剂的水溶液擦洗玻璃表面并用水冲洗干净，用海绵蘸取本实施例中制得的纳米防护液并将其涂抹到已处理干净的玻璃表面，待5分钟后表面干燥后用纸巾对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

实施例三：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十六烷基三乙氧基硅烷    0.5％

(2)纳米浆                  4％

(3)硝酸                    0.5％

(4)丙酮                    95％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将20克20nm的二氧化硅和3克分散剂在常温下加入到77克异丙醇溶剂中，然后依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为20％的稳定分散体即纳米浆，本实施例中所用分散剂为：TEGO-630；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与12.5克十六烷基三乙氧基硅烷、12.5克硝酸、2375克丙酮)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用氨基表面活性剂的水溶液擦洗玻璃表面并用水冲洗干净，用海绵蘸取本实施例中制得的纳米防护液并将其涂抹到已处理干净的玻璃表面，待5分钟后表面干燥后用纸巾对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

实施例四：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十六烷基三甲氧基硅烷    1.5％

(2)纳米浆                  0.8％

(3)醋酸                    0.8％

(4)乙酸乙酯                96.9％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将50克10nm的二氧化硅和3克分散剂在常温下加入到77克异丙醇溶剂中，依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为50％的稳定纳米浆，本实施例中所用分散剂为：BYK-181；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与187.5克十六烷基三甲氧基硅烷、100克醋酸、12112.5克乙酸乙酯)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用氨基表面活性剂的水溶液擦洗玻璃表面并用水冲洗干净，用海绵蘸取本实施例中制得的纳米防护液并将其涂抹到已处理干净的玻璃表面，待5分钟后表面干燥后用纸巾对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

实施例五：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十六烷基三甲氧基硅烷    1.5％

十二烷基三甲氧基硅烷       0.5％

(2)纳米浆                  5.0％

(3)醋酸                    0.8％

(4)乙酸乙酯                92.2％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将10克50nm的二氧化硅和1克分散剂在常温下加入到89克异丙醇溶剂中，依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为10％的稳定纳米浆，本实施例中所用的分散剂为BYK-9076；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与30克十六烷基三甲氧基硅烷、10克十二烷基三甲氧基硅烷、16克醋酸、1844克乙酸乙酯)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用氨基表面活性剂的水溶液擦洗玻璃表面并用水冲洗干净，用海绵蘸取本实施例中制得的纳米防护液并将其涂抹到已处理干净的玻璃表面，待6分钟后表面干燥后用纸巾对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

实施例六：

按照下列配方和比例配制本发明所述的一种用于玻璃的纳米防护液(重量百分比)：

(1)十六烷基三甲氧基硅烷    0.5％

十八烷基三乙氧基硅烷       0.1％

(2)纳米浆                  0.5％

(3)醋酸                    0.8％

(4)乙醇                    90.0％

(5)水                      8.1％

制备方法：

(1)纳米浆的制备：将8克40nm的二氧化硅和2克分散剂在常温下加入到90克异丙醇溶剂中，依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得100克纳米材料含量为8％的稳定纳米浆，本实施例中所用分散剂为：TEGO-700；

(2)然后将步骤(1)中得到的纳米浆100克与其他组分(即100克纳米浆与100克十六烷基三甲氧基硅烷、20克十八烷基三乙氧基硅烷、160克醋酸、18000克乙醇、1620克水)混合搅拌均匀，即制得纳米防护液。

使用方法：

首先用氨基表面活性剂的水溶液擦洗玻璃表面并用水冲洗干净，用海绵蘸取本实施例中制得的纳米防护液并将其涂抹到已处理干净的玻璃表面，待10分钟后表面干燥后用纸巾对其进行抛光，即得到具有良好疏水耐污性的玻璃。

上述描述和说明只为表达本发明的技术构思和特点，其目的在于让相关人士或业内人员了解本发明的内容，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明构思实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于玻璃的纳米防护液，包括如下组分及含量(以重量百分比计)：

(1)长链有机硅氧烷    0.5-5％

(2)纳米浆            0.5-5％

(3)有机酸和/或无机酸 0.1-1％

(4)有机溶剂          80-99％

(5)水                0-10％

所述的长链有机硅氧烷是指长链烷基三烷氧基硅氧烷，分子式是C_nH_2n+1Si(OC_mH_2m+1)₃，n＝7～20，m＝1或2；

所述的纳米浆是指粒径范围5-50nm的氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝一种或几种组成的无机纳米材料的溶剂型分散体，无机纳米材料含量5％-50％；

所述的无机酸是盐酸、硝酸或硫酸；有机酸是醋酸；

所述的有机溶剂是乙醇、异丙醇、丁醇、溶剂油、正己烷、丙酮、二甲苯或乙酸乙酯。

2.如权利要求1所述的一种用于玻璃的纳米防护液，其特征在于：所述的长链烷基三烷氧基硅氧烷中，n＝12～20，m＝1或2。

3.如权利要求2所述的一种用于玻璃的纳米防护液，其特征在于：所述的长链烷基三烷氧基硅氧烷是十二烷基三乙氧基硅烷、十四烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷。

4.如权利要求1、2或3所述的一种用于玻璃的纳米防护液，其特征在于：以重量百分比计，该纳米防护液包括以下组分及含量：

(1)长链有机硅氧烷    0.8-3％

(2)纳米浆            1-3％

(3)有机酸和/或无机酸 0.2-0.8％

(4)有机溶剂          94-98％

(5)水                0-2％。

5.一种制备如权利要求1所述的用于玻璃的纳米防护液的方法，步骤如下：

(1)纳米浆的制备：按重量100份中所占份数计，将无机纳米材料即粒径范围5-50nm的氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝物质中的一种或几种的组合5-50份、分散剂1-3份，在常温下加入到50-94份有机溶剂中，然后依次通过高速分散机、砂磨机、超声波发生器设备进行分散后，制得粒径范围5-50nm、无机纳米材料含量5-50％的稳定分散体即纳米浆；

(2)然后将步骤(1)中得到的稳定分散体即纳米浆按照权利要求1所述的含量将纳米浆与长链有机硅氧烷、有机酸和/或无机酸、有机溶剂以及水混合搅拌均匀，制得纳米防护液；

其中，所述的无机酸是盐酸、硝酸或硫酸；有机酸是醋酸；

所述的有机溶剂是乙醇、异丙醇、丁醇、溶剂油、正己烷、丙酮、二甲苯或乙酸乙酯；

所述的长链有机硅氧烷是指长链烷基三烷氧基硅氧烷，分子式是C_nH_2n+1Si(OC_mH_2m+1)₃，n＝7～20，m＝1或2。