CN103468086A - SiO2基自清洁涂料和自清洁玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SiO2基自清洁涂料和自清洁玻璃，以及其制备方法。该自清洁涂料的制备方法包括：1）在粒径为8～20nm，固含量为1.5～10%的水性二氧化硅溶胶中加入聚乙烯吡咯烷酮，其中聚乙烯吡咯烷酮与二氧化硅的质量比为1：0.5～10，充分搅拌使其混合均匀；2）将上述溶液稀释至二氧化硅固含量为0.8～1.5%；3）在稀释后的溶液中依次加入烷氧基改性聚三硅氧烷和硅烷偶联剂，混合均匀后得到自清洁涂料。然后利用喷涂工艺将自清洁涂料在玻璃表面成膜，再通过固化处理制成自清洁玻璃。本发明形成的自清洁膜层与玻璃基底结合牢固，具有优良的耐候性和超亲水效果，能够有效去除表面污物，可用于建筑玻璃领域。

Description

SiO2基自清洁涂料和自清洁玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种SiO2基自清洁涂料和自清洁玻璃，以及其制备方法。
背景技术
随着对环境恶化给人类生活带来危害的认识以及对环境保护要求的提高，人们对使用具有环保作用且利用自然条件达到自动清洁作用，又能美化环境的绿色建筑材料的要求越来越迫切。玻璃幕墙因其功能性和装饰性等优点被建筑师们所青睐，但玻璃幕墙的清洁却是一个令人头痛的问题，使用洗涤剂来清洁玻璃不仅污染环境，也浪费大量的水资源。依靠自然的水冲刷的自清洁玻璃是从根本上解决玻璃清洗的最有效方法。户外使用的自洁玻璃多为超亲水镀膜玻璃，该特性可以使水滴完整均匀地在玻璃表面铺展开来，同时，完全地浸润玻璃和污染物，最终通过水的重力将附着于玻璃上的污染物携带走，从而达到自清洁效果，并保持玻璃的长期清洁。而普通玻璃则会在表面上形成水珠，粘附灰尘。
目前研究较多的是TiO2体系，利用TiO2在紫外线的作用下能够产生良好的光催化特性而具有超亲水性。但是该体系缺点是必须有紫外线照射。这将大大限制了自清洁玻璃的使用范围和效果。
中国发明专利（CN200910042039.9）使用介孔二氧化硅薄膜作为自清洁涂层，接触角较小。但是该工艺使用旋涂覆膜技术，不适用于大规模加工，并且该发明使用的是有机溶剂体系，成本较高，对环境也会产生一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术缺点，提供一种自清洁涂料及其制备方法，以及利用该自清洁涂料低成本地制备自清洁幕墙玻璃的方法，可以实现自清洁涂层与玻璃基底的牢固结合，具有优良的耐候性。
本发明的自清洁涂料，其制备方法包括如下步骤：
1）在粒径为8～20nm，固含量为1.5～10%的水性二氧化硅溶胶中加入聚乙烯吡咯烷酮，其中聚乙烯吡咯烷酮与二氧化硅的质量比为1：0.5～10，充分搅拌使其混合均匀；
2）将上述溶液稀释至二氧化硅固含量为0.8～1.5%；
3）在稀释后的溶液中依次加入体积比为0.01～0.1%的烷氧基改性聚三硅氧烷和体积比为0.01～0.1%的硅烷偶联剂，混合均匀后得到自清洁涂料。
进一步地，步骤1）中加入的聚乙烯吡咯烷酮为PVP K30。
进一步地，步骤2）采用去离子水进行所述稀释。
进一步地，步骤3）中加入的硅烷偶联剂为KH-570。
本发明的自清洁幕墙玻璃，利用上述自清洁涂料制备，包括如下步骤：
1）喷涂涂覆：将制备好的上述自清洁涂料均匀喷涂在洁净玻璃基底上；
2）表干处理：在室温下进行固化或在50～80℃的温度下进行热风烘烤；
3）固化处理：进行高温热固化处理或者按照玻璃钢化处理的工艺进行固化，得到自清洁镀膜玻璃。
进一步地，步骤2）所述固化的时间为20～30分钟；所述热风烘烤的时间为1～3分钟
进一步地，所述高温热固化处理的温度为250℃～400℃，时间为20～40分钟。
本发明采用水性二氧化硅溶胶制备自清洁涂料，通过喷涂工艺，在洁净的玻璃表面覆膜，然后通过热处理或钢化处理，使自清洁涂层与玻璃基底牢固结合，具有优良的耐候性和超亲水效果，能够有效去除表面污物，可用于建筑玻璃领域。与现有的技术相比，加工成本较低，自洁耐候性好，与已有的玻璃加工工艺相匹配。
附图说明
图1为本发明实施例1的镀膜玻璃的接触角测试结果。
图2是本发明实施例1镀膜玻璃的SEM照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并配合附图，对本发明做详细的说明。
实施例1：
1.制备自清洁涂料：
1）取25ml水性二氧化硅溶胶（粒径8～20nm，固含量为5%），往其中加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮K30，搅拌混合均匀。其中聚乙烯吡咯烷酮为分散剂。
2）采用去离子水将上述溶液稀释至二氧化硅固含量在1.2%，搅拌混合均匀。
3）依次在上述溶液中加入0.02%（体积比）的烷氧基改性聚三硅氧烷和0.02%（体积比）的硅烷偶联剂KH-570，混合均匀后备用。其中烷氧基改性聚三硅氧烷作为表面活性剂。
2.制备自清洁幕墙玻璃：
取制备好的SiO2自清洁镀膜液均匀喷涂在洁净玻璃基底上，然后在室温下固化20分钟，最后在400℃热固化处理20分钟得到自清洁幕墙玻璃。
图1是本实施例的镀膜玻璃的接触角测试结果，由该图测量可以知道接触角为2.7度。
图2是本实施例的镀膜玻璃的显微结构照片，由该图可以看出，膜层致密均匀。
实施例2：
1.制备自清洁涂料：
1）取25ml水性二氧化硅溶胶（粒径8～20nm，固含量为5%），往其中加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮K30，搅拌混合均匀；
2）用去离子水对上述溶液稀释至二氧化硅固含量在1.2%，搅拌混合均匀；
3）依次在上述溶液中加入0.01%（体积比）的烷氧基改性聚三硅氧烷和0.01%（体积比）的KH-570，混合均匀后备用。
2.制备自清洁幕墙玻璃：
取制备好的SiO2自清洁镀膜液均匀喷涂在洁净玻璃基底上，然后在80℃热风烘烤1分钟，最后按照玻璃钢化处理工艺进行固化，得到自清洁幕墙玻璃。
实施例3：
1.制备自清洁涂料：
1）取25ml水性二氧化硅溶胶（粒径8～20nm，固含量为2%），往其中加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮K30，搅拌混合均匀；
2）用去离子水对上述溶液稀释至二氧化硅固含量在1.2%左右，搅拌混合均匀；
3）依次在上述溶液中加入0.05%（体积比）的烷氧基改性聚三硅氧烷和0.01%（体积比）的硅烷偶联剂KH-570，混合均匀后备用。
2.制备自清洁幕墙玻璃：
取制备好的SiO2自清洁镀膜液均匀喷涂在洁净玻璃基底上，然后在80℃热风烘烤1分钟，最后按照玻璃钢化处理工艺进行固化，得到自清洁幕墙玻璃。
实施例4：
1.制备自清洁涂料：
1）取25ml水性二氧化硅溶胶（粒径8～20nm，固含量为10%），往其中加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮K30，搅拌混合均匀；
2）用去离子水对上述溶液稀释至二氧化硅固含量在1.5%左右，搅拌混合均匀；
3）依次在上述溶液中加入0.08%（体积比）的烷氧基改性聚三硅氧烷和0.1%（体积比）的硅烷偶联剂KH-570，混合均匀后备用。
2.制备自清洁幕墙玻璃：
取制备好的SiO2自清洁镀膜液均匀喷涂在洁净玻璃基底上，然后在50℃热风烘烤3分钟，最后按照玻璃钢化处理工艺进行固化，得到自清洁幕墙玻璃。
实施例5：
1.制备自清洁涂料：
1）取25ml水性二氧化硅溶胶（粒径8～20nm，固含量为1.5%），往其中加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮K30，搅拌混合均匀；
2）用去离子水对上述溶液稀释至二氧化硅固含量在0.8%左右，搅拌混合均匀；
3）依次在上述溶液中加入0.05%（体积比）的烷氧基改性聚三硅氧烷和0.05%（体积比）的硅烷偶联剂KH-570，混合均匀后备用。
2.制备自清洁幕墙玻璃：
取制备好的SiO2自清洁镀膜液均匀喷涂在洁净玻璃基底上，然后在60℃热风烘烤2分钟，最后按照玻璃钢化处理工艺进行固化，得到自清洁幕墙玻璃。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (10)

1.一种自清洁涂料的制备方法，其步骤包括： 
1）在粒径为8～20nm，固含量为1.5～10%的水性二氧化硅溶胶中加入聚乙烯吡咯烷酮，其中聚乙烯吡咯烷酮与二氧化硅的质量比为1：0.5～10，充分搅拌使其混合均匀； 
2）用去离子水将步骤1）所得溶液稀释至二氧化硅固含量为0.8～1.5%； 
3）在稀释后的溶液中依次加入体积比为0.01～0.1%的烷氧基改性聚三硅氧烷和体积比为0.01～0.1%的硅烷偶联剂，混合均匀后得到自清洁涂料。 
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚乙烯吡咯烷酮为PVP K30。 
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂的型号为KH-570。 
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）采用去离子水进行所述稀释。 
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法制备的自清洁涂料。 
6.一种制备自清洁幕墙玻璃的方法，包括如下步骤： 
1）将权利要求5所述自清洁涂料均匀喷涂在洁净玻璃基底上； 
2）在室温下进行固化或者在50～80℃的温度下进行热风烘烤； 
3）进行高温热固化处理或者按照玻璃钢化处理的工艺进行固化，得到自清洁镀膜玻璃。 
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2）所述固化的时间为20～30分钟。 
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2）所述热风烘烤的时间为1～3分钟。 
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述高温热固化处理的温度为250℃～400℃，时间为20～40分钟。 
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法制备的自清洁幕墙玻璃。 
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