CN102850549B

CN102850549B - 纳米改性表面防雾剂的制备方法

Info

Publication number: CN102850549B
Application number: CN201210327801.XA
Authority: CN
Inventors: 申乾宏; 王奕人; 王新敏; 杨伟
Original assignee: Hangzhou Nakida Nano Science & Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Nakida Nano Science & Technology Co ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN102850549A

Abstract

本发明涉及表面防雾剂的制备，旨在提供一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。包括步骤：将正硅酸乙酯与无水乙醇进行混合，然后缓慢加入到硝酸水溶液中，在60℃下反应1~12h，获得聚合物型SiO₂溶胶；将SiO₂溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体进行混合，加入酸催化剂，在60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；依次加入有机硅单体和表面活性剂，经60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性表面防雾剂。本发明可综合提高防雾剂的防雾能力和耐磨性能，从而解决现有防雾剂使用后易被擦除或溶解、防雾时效短等问题。

Description

纳米改性表面防雾剂的制备方法

技术领域

本发明涉及表面防雾剂的制备，特别涉及一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。

背景技术

玻璃表面雾化给人们的日常生活、工作和生产带来诸多不便，目前防雾的主要措施可分为两类：一是从热力学角度出发，通常利用电加热使雾滴在极短的时间转变为水蒸气，从玻璃表面去除。这类防雾技术目前主要应用于汽车、航空以及一些高档装修装饰领域，然而成本较高，而且对电的依赖使其应用范围受到限制。二是从材料表面化学状态出发，通过改变玻璃表面对水的润湿程度，从根本上解决防雾问题，具有低成本优势，应用广泛。当前主要通过表面涂膜的方法对玻璃表面进行改性，研究表明，表面高度的疏水化或亲水化都可赋予玻璃防雾的功能。

疏水性防雾膜是在玻璃表面涂布一层疏水性物质，使表面对水的接触角增大，当接触角接近180°时，小雾滴会聚集形成大的水滴，水滴在其自身重力的作用下滑落，获得防雾的效果。最常见的疏水性防雾膜的防雾组分主要是含氟高分子树脂。该树脂与水的接触角较大，具有较好的耐侯性，但存在加工成膜困难，生产工艺要求高，造价昂贵等不足，限制了其广泛应用。更重要的是，目前这类薄膜还难以做到完全不润湿，在高湿度环境下有大量水汽迅速冷凝时仍会出现起雾现象，因此对疏水性防雾膜的研究较少。

相对而言，亲水性防雾膜受到了广泛的关注。通过在玻璃表面涂布亲水膜，减小对水的接触角，当接触角接近0°时，雾滴在基材表面高度铺展，形成一层均匀的水膜，从而消除了光线的漫反射现象，达到防雾的目的。目前主要是使用表面活性剂实现防雾。表面活性剂是一种两亲分子，分子中的一部分具有亲水性，而另一部分则有亲油性（憎水性）。憎水基吸附在玻璃上，而亲水基显露在玻璃表面，使得小水滴能扩散于玻璃表面形成透明性极高的水膜，避免了小水滴对光的漫反射所造成的雾化现象。通过将表面活性剂溶于有机溶剂或水中，直接涂布于玻璃制品表面，即可实现防雾。该方法使用简便，成本较低，但由于没有生成真正意义上的膜，导致耐久性差，易被擦除或溶解，使防雾时效缩短。因此，迫切需要开发一种长寿命的亲水性防雾膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。

本发明提供的纳米改性表面防雾剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为1∶10~1∶20进行混合，然后缓慢加入到pH值为4~6的硝酸水溶液中，控制硝酸水溶液的水用量使正硅酸乙酯与水的质量比为1∶6~1∶10，在60℃下反应1~12h，获得聚合物型SiO₂溶胶；

（2）将SiO₂溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体按SiO₂∶纳米氧化物∶有机硅单体的质量比1∶(0.1~1)∶(1~5)进行混合，按SiO₂∶酸催化剂质量比为1∶(0.005~0.05)加入酸催化剂，在60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；

（3）在纳米改性有机-无机复合溶胶中，依次加入有机硅单体和表面活性剂，两者用量按SiO₂∶有机硅单体∶表面活性剂质量比为1∶(0.5~2)∶(0.1~1)进行添加，经60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性表面防雾剂。

在本发明步骤（2）中，所述粒子型纳米氧化物溶胶是SiO₂颗粒溶胶、TiO₂颗粒溶胶、Al₂O₃颗粒溶胶中的至少一种；溶胶粒子的平均粒径为5~30nm，固含量为10%；溶胶使用前，在其中加入质量为溶胶质量0.1%~1%的双氧水进行预处理，处理时间1~8h，以此增加溶胶粒子表面羟基含量。

在本发明步骤（2）中，有机硅单体为KH550、KH560、KH570中的至少一种。

在本发明步骤（2）中，酸催化剂为盐酸、硝酸、醋酸中的至少一种。

在本发明步骤（3）中，有机硅单体为KH550、KH560、KH570中的至少一种。

在本发明步骤（3）中，表面活性剂为十二烷基叔胺盐、十六烷基三甲基溴化铵、二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。

本发明的有益效果在于：

与现有制备技术相比，本发明具有以下特点：利用溶胶-凝胶反应控制技术制备有机硅与无机聚合物型SiO₂溶胶的复合物，用作防雾膜的成膜物质，并通过接枝技术使亲水性表面活性剂牢固附着于成膜物中。更为重要的是，利用纳米级富含羟基的高活性亲水氧化物颗粒，通过有机硅的原位水解-聚合，使纳米氧化物颗粒均匀分散于成膜物中，一方面通过其亲水性与其构造的薄膜微观粗糙结构的协同作用，进一步提高薄膜防雾性能；另一方面，利用纳米颗粒充实薄膜结构，显著提高薄膜耐磨等力学性能。因此，通过以上创新技术的实施与协同，可综合提高防雾剂的防雾能力和耐磨性能，从而解决现有防雾剂使用后易被擦除或溶解、防雾时效短等问题。

具体实施方式

以下通过实例进一步对本发明进行描述。

本发明中纳米改性表面防雾剂的制备方法包括如下几个步骤：

各实施例中的试验数据见下表：

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种纳米改性表面防雾剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为1∶10～1∶20进行混合，然后缓慢加入到pH值为4～6的硝酸水溶液中，控制硝酸水溶液的水用量使正硅酸乙酯与水的质量比为1∶6～1∶10，在60℃下反应1～12h，获得聚合物型SiO₂溶胶；

（2）将SiO₂溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体按SiO₂∶纳米氧化物∶有机硅单体的质量比1∶(0.1～1)∶(1～5)进行混合，按SiO₂∶酸催化剂质量比为1∶(0.005～0.05)加入酸催化剂，在60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；

（3）在纳米改性有机-无机复合溶胶中，依次加入有机硅单体和表面活性剂，两者用量按SiO₂∶有机硅单体∶表面活性剂质量比为1∶(0.5～2)∶(0.1～1)进行添加，经60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性表面防雾剂；

在步骤（2）中，所述粒子型纳米氧化物溶胶是SiO₂颗粒溶胶、TiO₂颗粒溶胶、Al₂O₃颗粒溶胶中的至少一种；溶胶粒子的平均粒径为5～30nm，固含量为10%；溶胶使用前，在其中加入质量为溶胶质量0.1%～1%的双氧水进行预处理，处理时间1～8h，以此增加溶胶粒子表面羟基含量；

在步骤（2）和步骤（3）中，有机硅单体是KH550、KH560或KH570中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述酸催化剂是盐酸、硝酸或醋酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述表面活性剂是十二烷基叔胺盐、十六烷基三甲基溴化铵、二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。