CN102795787B - 用水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层 - Google Patents

用水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层 Download PDF

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Abstract

本发明“用水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层”涉及一种由水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层的方法，特别是一种简便而且低成本的在常温常压和不需有机溶剂的条件下由水琉璃制备超疏水二氧化硅涂层的方法。将水玻璃用水稀释至质量百分比浓度为10～25％的水玻璃溶液，将有机硅组分在充分搅拌条件下溶解于水中，形成质量百分比浓度为5～20％有机硅的水溶液，然后将水玻璃溶液与有机硅溶液以质量比为1∶8～30混合均匀，所得混合体涂在需要涂覆的材料表面，在空气中室温干燥后即得超疏水性涂层。本发明的涂层制备方法可用于玻璃、金属和水泥等表面超疏水功能涂层的涂覆。

Description

用水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层
技术领域
本发明涉及一种由水玻璃制备超疏水二氧化硅涂层的方法，特别是一种简便而且低成本的在常温常压和不需有机溶剂的条件下由水琉璃制备超疏水二氧化硅涂层的方法。
发明背景
如果用低表面能材料形成类似于荷叶的微/纳米级二重粗糙结构，使涂层表现出荷叶效应，实现涂层表面的自清洁性能。因而超疏水涂料的制备是荷叶效应涂料开发的一个重要方向。
二氧化硅本身是亲水性的，为使其实现超疏水性，需要对其表面用低表面能的物质进行有机化改性；另一方面，还使其具有类似于荷叶表面的微观粗糙度。
水玻璃的主要成分是硅酸钠，在稀释和降低碱性的条件下，可形成二氧化硅粒子。在由水玻璃制备二氧化硅时，一般需除去其中的钠离子，除去钠离子的方法或采用离子交换法，或采用有机溶剂置换法。US20100172815采用水玻璃作为二氧化硅原料，采用碱性有机硅烷(如六甲基二硅氮烷)作为有机硅改性剂，将水玻璃稀释至二氧化硅含量为1～10％的溶液，加入有机硅烷，得到水凝胶，然后用有机溶剂置换其中的水，钠离子则溶解于水中被除去。将含有有机溶剂的二氧化硅凝胶干燥后得到二氧化硅粉体，这种粉体具有超疏水性。
本发明采用简便的方法，将水玻璃溶液用有机硅进行改性，得到的混合物在玻璃片或水泥板表面干燥后得到的涂层在电子显微镜下可以看到微/纳米二重微观粗糙构造，涂层具有超疏水性。将混合物干燥后也可得到超疏水粉体。无需对水玻璃进行脱除钠离子的处理。
发明内容
本发明采用水玻璃作为原料，将水玻璃稀释，加入有机硅的水解液，形成悬浊液。将悬浊液涂在玻璃片或金属片上，在空气中干燥后，得到的表面涂层水接触角达150°以上，具有超疏水性。
采用本发明的方法，由水玻璃制备超疏水涂层时，无需使用有机溶剂，工艺简单环保。
本发明采用水玻璃水原料制备超疏水涂层的具体方法如下：
A.将有机硅组分在充分搅拌条件下溶解于水中，形成质量百分比浓度为5～20％有机硅的水溶液；
B.将水玻璃用水稀释至质量百分比浓度为10～25％的水玻璃溶液；
C.在搅拌作用下将B步骤所得水玻璃的溶液加入A步骤所得的有机硅溶液中，形成白色悬浊液。
D.将C步骤所得的白色悬浊液涂在需要涂覆的材料表面，在空气中室温干燥后即得超疏水性涂层。
其中，A步骤所述有机硅是指R1Si(OR2)3，R1可以是-CH3，-CH2CH3；R2是指-CH3或-CH2CH3。有机硅在水中的溶液浓度为质量百分比浓度5～20％，溶解状态可以是完全溶解，也可以部分溶解形成乳浊液。
B步骤所述水玻璃可以是通过固体硅酸钠溶解而得到，也可以是工业水玻璃溶液。硅酸钠和水玻璃的模数范围为1～3.3。
C步骤中水玻璃溶液与有机硅溶液的质量比为1∶8～30。
D步骤所述的超疏水性是指水接触角大于150°。
具体实施方式
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
【实施例1】
取固体硅酸钠(Na2SiO3·9H2O，模数为1)5克，溶于45克水中，形成质量百分比浓度为10％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)2克，溶于38克水中，充分搅拌溶解，形成5％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入40克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例2】
取固体硅酸钠(Na2SiO3·9H2O，模数为1)10克，溶于40克水中，形成质量百分比浓度为20％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)2克，溶于38克水中，充分搅拌溶解，形成5％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入40克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例3】
取固体硅酸钠(Na2SiO3·9H2O，模数为1)10克，溶于40克水中，形成质量百分比浓度为20％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于190克水中，充分搅拌溶解，形成5％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例4】
取固体硅酸钠(Na2SiO3·9H2O，模数为1)10克，溶于40克水中，形成质量百分比浓度为20％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于190克水中，充分搅拌溶解，形成5％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入150克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例5】
取固体硅酸钠(Na2SiO3·9H2O，模数为1)10克，溶于40克水中，形成质量百分比浓度为20％的水玻璃溶液；取甲基三乙氧基硅烷(CH3Si(OC2H5)3)10克，溶于190克水中，充分搅拌溶解，形成5％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入150克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例6】
取液体水玻璃(模数为3.3，固含量34％)10克，溶于20克水中，形成质量百分比浓度约为11％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例7】
取液体水玻璃(模数为3.3，固含量34％)10克，溶于10克水中，形成质量百分比浓度约为17％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例8】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，溶于10克水中，形成质量百分比浓度约为16％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例9】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，溶于10克水中，形成质量百分比浓度约为16％的水玻璃溶液；取乙基三甲氧基硅烷(C2H5Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例10】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，溶于10克水中，形成质量百分比浓度约为16％的水玻璃溶液；取乙基三甲氧基硅烷(C2H5Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例11】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，加入2.4克水中，形成质量百分比浓度约为25％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于90克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入100克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例12】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，加入10克水中，形成质量百分比浓度约为16％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)4克，溶于36克水中，充分搅拌溶解，形成10％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入40克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。
【实施例13】
取液体水玻璃(模数为2.2，固含量31％)10克，加入10克水中，形成质量百分比浓度约为16％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)10克，溶于40克水中，充分搅拌溶解，形成20％有机硅溶液。取水玻璃溶液5克在搅拌条件下加入40克有机硅的水溶液中，形成浊液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。

Claims (3)

1.一种由水玻璃制备超疏水涂层的方法，其特征在于：所述超疏水涂层由以下方法制备，
A.将有机硅组分在充分搅拌条件下溶解于水中，形成质量百分比浓度为5～20％有机硅的水溶液，其中有机硅组分是指甲基三甲氧基硅烷(CH3Si(OCH3)3)、乙基三甲氧基硅烷(C2H5Si(OCH3)3)或甲基三乙氧基硅烷(CH3Si(OC2H5)3)中的一种；
B.将水玻璃用水稀释至质量百分比浓度为10～25％的水玻璃溶液；
C.在搅拌作用下将B步骤所得水玻璃的溶液加入A步骤所得的有机硅溶液中，形成白色悬浊液，其中水玻璃溶液与有机硅溶液的质量比为1∶8～30；
D.将C步骤所得的白色悬浊液涂在需要涂覆的材料表面，在空气中室温干燥后即得超疏水性涂层。
2.根据权利要求1所述的由水玻璃制备超疏水涂层的方法，B步骤所述水玻璃溶液是指硅酸钠的水溶液，水玻璃的模数范围为1～3.3。
3.根据权利要求1所述的由水玻璃制备超疏水涂层的方法，D步骤所述的涂层超疏水性是指静态水接触角大于150°。
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