CN101628827A

CN101628827A - 一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN101628827A
Application number: CN200910159061A
Authority: CN
Inventors: 郑占申; 闫培起; 张榜; 李瑞佼
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology; Hebei Polytechnic University
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-01-20

Abstract

本发明涉及一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，属陶瓷材料领域。该涂层所用主要原料以及所用原料体积比为：A：正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(ETOH)＝(2.5－3.5)∶(40－60)，B：TEOS∶ETOH＝(17－18)∶(20－30)；TEOS∶N，N－二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2－3)∶(2－3)；三甲基氯硅烷∶正己烷＝(8－11)∶(89－92)。其制备方法是将上述A和B两配方溶胶按体积比(1.5－2.5)∶(0.5－1.5)混合后涂于洗净的陶瓷表面，700－800℃煅烧后用三甲基氯硅烷和正己烷的混合溶液进行表面修饰并干燥。该涂层耐摩擦性比有机涂层强很多，可应用于多种要求疏水自洁的陶瓷表面。

Description

一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法

技术领域

本发明属陶瓷材料领域，涉及一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法。

背景技术

本发明是开发一种可用于多种要求疏水自洁的陶瓷表面的氧化硅纳米涂层。该涂层是以氧化硅为涂层最终成分，经溶胶-凝胶法制得，该涂层具有良好的疏水性和耐磨性。

目前陶瓷制品表面拒污的措施主要为抛光和表面活性剂修饰。但是，节水环保效果不很明显。根据“荷叶效应”，一些模仿其结构的有机和无机涂层相应出现，然而总是存在或原料复杂，或耐磨性差等缺点使涂层的实际应用受到很大限制。急需研究开发一种原料成分简单、耐磨性好的涂层，替代现有的疏水自洁涂层。

氧化硅(SiO₂)陶瓷材料熔点高，化学性质很稳定，硬度高，透光性好，其作为陶瓷的涂层几乎对陶瓷本身的颜色没有影响。但是氧化硅为瘠性料，即使在其位胶体状态时也不易较牢固的粘在陶瓷釉表面。除将陶瓷片表面尽量洗净之外，同时加入N，N-二甲基甲酰胺以改善硅胶的粘度。

本发明采用溶胶-凝胶法，将胶体涂敷到已烧好的陶瓷片表面低温煅烧和表面修饰，制备耐磨性好、接触角大、透光性好的陶瓷基体上疏水涂层，为应用于多种要求疏水自洁的陶瓷提供一种新型耐磨的疏水涂层，该涂层有望作为陶瓷疏水自洁的新涂层。国内外在硅质陶瓷基体上疏水涂层方面的研究与应用尚未见报道。

发明内容

本发明的发明目的在于上述现有技术中的不足，提供一种耐磨、原料成分简单、接触角大、透光性好的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法、

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于该涂层该涂层所用主要原料及原料的体积比为A：正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(ETOH)＝(2.5-3.5)∶(40-60)，B：TEOS∶ETOH＝(17-18)∶(20-30)，C：A∶B＝(1.5-2.5)∶(0.5-1.5)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)。该涂层制备包括以下步骤：溶胶凝胶制备、胶体涂敷、涂层干燥、涂层煅烧、涂层修饰。

该涂层所用原料TEOS、ETOH、TMCS、正己烷、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、磷酸均为分析纯。

该涂层所用陶瓷片经自来水、蒸馏水、磷酸水溶液以及超声波多次清洗。

该涂层的制备方法将配比C的胶体涂敷到瓷片上并在60℃干燥反复三次，在700-800℃煅烧以上瓷片。

该涂层的表面修饰为将以上煅烧过的瓷片室温下浸泡在(8-11)∶(89-92)的三甲基氯硅烷的正己烷溶液24h，取出将瓷片在50-60℃烘干箱中烘干。

本发明硅质陶瓷基体上疏水涂层配料组成确定的技术思路为：

SiO₂在自然界分布很广，化学性质亦很稳定。SiO₂不溶于水也不跟水反应，是酸性氧化物，不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤素以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。因此，SiO₂耐酸腐蚀能力强。

Si-O键一般是离子键和共价键各一半。对于纯的SiO₂，其表现出来的晶体矿物结构为石英及其变体的架状结构。因此SiO₂的硬度高，耐磨性能好。

陶瓷釉面中含有60％以上的SiO₂，在适当的煅烧温度容易和涂层中的纯SiO₂形成Si-O键或其他有利于涂层和釉面结合牢固的化学键，有利于涂层在釉面的粘结牢固。

晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体，而无定形二氧化硅为白色固体或粉末。因此，涂层不会影响陶瓷本身的颜色。

采用溶胶-凝胶法制得的粒子可达到纳米级，大大降低煅烧温度，且有利于在陶瓷表面制备纳米突起。使用该种方法制得的涂层非常薄，这也保证了涂层不会影响陶瓷本身的颜色。

综上所述，本发明以正硅酸乙酯和无水乙醇为主要原料，利用溶胶-凝胶法制得纳米级的胶体，在较低的温度下制备出耐磨、原料成分简单、接触角大、透光性好的陶瓷基体上疏水涂层，该涂层有望应用于建筑陶瓷，成为疏水自洁的陶瓷表面的更新涂层，并可应用推广金属、玻璃、航天、军工等领域。

具体实施方式

实施例1

涂层所用原料的体积比为：正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(ETOH)＝(2.5-3.5)∶(40-60)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)，涂层制备是将按以上比例制备的胶体涂到已清洗并干燥后的瓷片上，经干燥和700-800℃煅烧后，用以上三甲基氯硅烷的正己烷溶液修饰烧后的表面并在50-60℃烘干。

修饰后的陶瓷涂层的(与水的)接触角为90-100°，没有涂层时瓷片亨特白度为88.33，有涂层后的瓷片亨特白度为86.66。

实施例2

涂层所用原料的体积比为：正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(ETOH)＝(17-18)∶(20-30)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)，涂层制备是将按以上比例制备的胶体涂到已清洗并干燥后的瓷片上，经干燥和700-800℃煅烧后，用以上三甲基氯硅烷的正己烷溶液修饰烧后的表面并在50-60℃烘干。

修饰后的陶瓷涂层的(与水的)接触角为100-110°，没有涂层时瓷片亨特白度为87.56，有涂层后的瓷片亨特白度为85.33。

实施例3

涂层所用原料的体积比为：将实例1和实例2中的溶胶按(1.5-2.5)∶(0.5-1.5)的比例混合；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)，涂层制备是将按以上比例制备的胶体涂到已清洗并干燥后的瓷片上，经干燥和700-800℃煅烧后，用以上三甲基氯硅烷的正己烷溶液修饰烧后的表面并在50-60℃烘干。

修饰后的陶瓷涂层的(与水的)接触角≥120°，没有涂层时瓷片亨特白度为86.68，有涂层后的瓷片亨特白度为85.11。

Claims

1、一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于该涂层该涂层所用主要原料及原料的体积比为A：正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(ETOH)＝(2.5-3.5)∶(40-60)，B：TEOS∶ETOH＝(17-18)∶(20-30)，C：A∶B＝(1.5-2.5)∶(0.5-1.5)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)。该涂层制备包括以下步骤：溶胶凝胶制备、胶体涂敷、涂层干燥、涂层煅烧、涂层修饰。

2、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于所用原料TEOS、ETOH、TMCS、正己烷、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇、磷酸均为分析纯。

3、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于所用陶瓷片经自来水、蒸馏水、磷酸水溶液以及超声波多次清洗。

4、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于将配比C的胶体涂敷到瓷片上并在60℃干燥反复三次。

5、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于煅烧温度较低，为700-800℃。

6、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于涂层经砂纸反复摩擦若干次后，表面无明显变化。

7、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于涂层突起的显微粒度达到20-50nm。

8、如权利要求1所述的陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法，其特征在于水滴与涂层的接触角θ＞120°。