CN103881430A

CN103881430A - 一种防尘抗静电无机复合涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN103881430A
Application number: CN201410104925.0A
Authority: CN
Inventors: 熊吉如; 王剑; 陶婷婷; 王猛
Original assignee: NANJING BEILIDA NEW MATERIAL SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: NANJING BEILIDA NEW MATERIAL SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103881430B

Abstract

本发明公开了一种防尘抗静电无机复合涂料及其制备方法，该涂料中，以质量比计算，硅氧烷类醇溶液 3-10份，抗静电掺杂SnO2溶液 2-8份，无机粘结剂1-5份，醇80-94份；其制备方法为在醇溶液中加入硅氧烷类醇溶液和抗静电掺杂SnO₂水溶液，反应0.5-5h，再加入无机粘结剂，静置反应1-7d，即获得所述防尘抗静电无机复合涂料；本发明涂料能有效的利用静电作用阻止细小尘埃进入板材毛细孔对涂膜造成永久性的污染，在雨水冲刷后实现自洁，同时可建材表面作用形成保护膜，形成防水层，实现防水功能。

Description

一种防尘抗静电无机复合涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑用纳米涂料领域，特别是一种防尘抗静电无机复合涂料及其制备方法。

背景技术

无机建筑材料诸如石材、砖、瓦及新近出现的纤维增强水泥材料或者纤维增强石膏材料等由于其具有优异的造型能力，丰富的表现力及良好的性能，在建筑上得以大量而广泛地应用。然而，由于环境污染，由这些建筑材料构筑的外墙表面通常会附着污垢，对建筑物外观形象造成严重损害，需要投入极大的人力和物力成本来维护建筑物的美观。

污染物粘附于建筑外墙表面的原因是建筑材料物质的表面具有吸附外来分子的能量，即表面能。污染物对建筑物外墙表面粘附的能力，可以分为机械性粘附、物理性粘附和化学性粘附三种情况。机械性粘附的吸附力主要是摩擦力，有选择性，无吸附热，吸附速度快，不需要活化能，有单分子层吸附和多分子层吸附，是一个可逆过程；物理性粘附的吸附力主要是范德华力，无选择性，有吸附热，吸附速度快，易平衡，不需要活化能，有单分子层吸附和多分子层吸附，是一个可逆过程；化学性粘附的吸附力主要是化学键力，有选择性，有吸附热，吸附速度慢，难平衡，需要活化能，只有单分子层吸附，是一个不可逆过程。

一般而言，表面的防尘清洁可以通过基于荷叶效应的超疏水结构构筑或者基于光致超亲水性的超亲水薄膜构筑来实现。单纯制备疏水表面，在剥离表面涂覆低表面物质，依靠雨水的冲刷除尘。但是由于无机建筑材料本身不导电，当疏水表面干燥时，仍然容易积聚静电，因此该表面因静电作用依然会吸附灰尘；二是在无机建筑材料表面制备具有表面活性剂的膜层，可以防止因化学键联接导致的灰尘粘附，但其对因静电力和水吸附导致的灰尘粘附没有效果，目前既能防尘有能起到防静电作用的涂料仍未见报道。

发明内容

本发明目的是针对上述不足之处，提供一种防尘抗静电无机复合涂料及其制备方法，通过硅氧烷水溶液和抗静电掺杂SnO₂透明水溶液的复合，使复合无机建筑涂料在防水的同时有效的利用静电作用阻止细小尘埃进入板材毛细孔对涂膜造成永久性的污染，实现建筑外墙用防尘自洁功能。本发明是这样的实现的：

一种无机建材用防尘抗静电亲水复合涂料的用途为制取无机建材表面涂层，其方法是通过喷涂、刮涂和旋涂等，将无机复合涂料涂覆在无机建材表面，然后再常温下放至干燥。

本发明一种无机建材用防尘抗静电亲水复合涂料及其制备方法是通过以下技术方案实现：

一种防尘抗静电无机复合涂料，其特征在于，以质量比计算，硅氧烷类醇溶液 3-10份；抗静电掺杂SnO₂溶液 2-8份；无机粘结剂 1-5份；醇 80-94份；

其中，所述硅氧烷类醇溶液是指由浓度为10-20wt%的硅氧烷水溶液与甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇以质量比1：20-40混合制得的溶液；所述抗静电掺杂SnO₂溶液是指加入1-9.6 wt %氟化物的SnO₂溶液，所述氟化物为FNH₄或HF；所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种。

本发明中，所述硅氧烷水溶液为四甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基环六硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种。

本发明中，所述无机粘结剂是由质量比为0.1-3：2-10：16-97的氢氧化物、无机盐和水混合而制成，所述无机盐为硅酸盐或磷酸盐。

本发明中，所述氢氧化物为NaOH、KOH、Ca(OH)₂中一种；所述硅酸盐为NaOH、KOH、或Ca(OH)₂；所述磷酸盐为AlPO₄、Mg₃(PO₄)₂或Ca₃(PO₄)₂。

本发明所述一种防尘抗静电无机复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将浓度为10-20wt%的硅氧烷水溶液按质量比1：20-40加入到醇溶液中，搅拌10-60 min，获得硅氧烷类醇溶液；所述的硅氧烷水溶液为四甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基环六硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种的水溶液；所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇或者异丙醇中的一种；

（2）在SnO₂溶胶中加入质量比为1-9.6 wt %的氟化物，用氨水调节ph至10-12，搅拌10-60 min后，加入到聚四氟乙烯套中，在150 ℃下保温2-6 h，即获得抗静电掺杂SnO₂水溶液；所述氟化物为FNH₄或HF；

（3）将氢氧化物、无机盐、蒸馏水按0.1-3：2-10：16-97的质量比混合，搅拌1-3 h，获得无机粘结剂；所述的氢氧化物为NaOH、KOH、Ca(OH)₂中一种；

所述的无机盐包括硅酸盐、磷酸盐中的一种，其中，硅酸盐为Na₂SiO₃、K₂SiO₃、或CaSiO₃；所述的磷酸盐为AlPO₄、Mg₃(PO₄)₂或Ca₃(PO₄)₂；

（4）在醇溶液中加入步骤1获得的硅氧烷类醇溶液和步骤2获得的抗静电掺杂SnO₂水溶液，反应0.5-5 h，再加入步骤3获得的无机粘结剂，静置反应1-7d，获得防尘抗静电无机复合涂料；

其中，以质量比计，硅氧烷类醇溶液3-10份，抗静电掺杂SnO₂溶液2-8份，无机粘结剂 1-5份，醇80-94份；所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或者异丙醇。

本发明中，步骤2中所述SnO₂溶胶这这样获得的：将浓度为5-10 wt %的草酸或柠檬酸水溶液加热到70 ℃，按1：4-6的质量比添加到过氧化氢混合物中，90℃下加热1 h即获得所SnO₂溶胶；所述过氧化氢混合物是指摩尔比为2-4：1的过氧化氢和Sn粉或Sn盐；

所述Sn盐为Sn(NO₃)₄、Sn(SO₄)₂、SnCl₄或SnCl₂中的一种。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过抗静电掺杂SnO₂透明水溶液的复合，有效的利用静电作用阻止细小尘埃进入板材毛细孔对涂膜造成永久性的污染，在雨水冲刷后实现自洁。

2、本发明使用有机硅氧烷，可以同建材表面作用形成保护膜，形成防水层，实现了无机建筑材料复合防水功能，可以有效的应用在建筑外墙中。

3、本发明中使用的新型无机粘结剂，解决了有机粘结剂不稳定、易分解的问题，提高涂料在无机材料表面的耐久性能，长效发挥防尘自洁性能。

4、本发明获得的涂料无色透明，在无机建材上可采用多种应用方法，包括喷涂、刮涂和旋涂等，优选喷涂，实现了喷涂后不影响无机建材表面的外观。

附图说明

图1为防尘抗静电无机复合涂料的红外光谱图。

图2为防尘抗静电无机复合涂料的紫外-可见吸收光谱图。

图3为未喷和喷洒防尘抗静电无机复合涂料的无机板材石墨粉经倾倒后效果对比图。

图4喷有防尘抗静电无机复合涂料的无机建材表面接触角测试图。

具体实施方式：

实施实例1

1）室温下将浓度为10wt%的四甲氧基硅烷水溶液1kg、三甲氧基硅烷水溶液0.43kg加入到28.57kg的甲醇中，搅拌10min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为5wt %的草酸水溶液10kg加热到70 ℃，添加由7.28kg的过氧化氢和24.93kg的金属Sn粉组成的混合物，在90℃下加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶50kg；向获得SnO₂溶胶中添加0.53kg的HF，并用氨水调节PH=10，搅拌10min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应2h，制备获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液；

3）将0.05kgNaOH和1.45kgNa₂SiO₃加入到48.5kg的蒸馏水中，搅拌1 h，制备获得无机粘结剂；

4）在87kg的甲醇中加入3kg的步骤1制备的硅氧烷类醇溶液，再加入5kg的步骤2获得的掺杂SnO₂透明水溶液，反应0.5h后，加入5kg步骤3获得的无机粘结剂，静置反应7d，获得防尘抗静电无机复合涂料。

对获得的防尘抗静电无机复合涂料进行红外光谱测试，以对其分子结构进行表征，其结果如图1所示，在1030 cm^-1出现强烈的Si-O-Si键，说明该涂料产生了SiO₂，其将发挥亲水作用，有利于污染物被雨水冲刷去除。

图2为防尘抗静电无机复合涂料的紫外-可见吸收光谱图，其吸收边在355 nm左右，对应于SnO₂的吸收边，说明该涂料有助于防静电作用的产生。

将玻璃纤维增强水泥板去尘处理（保证表面干燥、清洁），并划线分为两个部分、贴上标签，随后将实施例1获得的防尘抗静电无机复合涂料喷涂在无机建材表面，厚度约为200-800纳米，于红外灯以60℃-80℃下烘干2-5h；最后将石墨洒在其表面，倾斜，观察板材表面石墨残留情况，如附图3所示，当洒有石墨粉的无机建材板块垂直放置时，左边未喷涂区域被石墨污染的很严重，而右边喷涂区域比较清洁，说明喷涂有抗静电复合涂料发挥了作用，利用静电作用阻止细小尘埃进入板材毛细孔对涂膜造成永久性的污染，从而提高耐沾污性。

涂料的超亲水性可以通过测定水滴接触角来间接描述，测试方法为在接触角测试仪上直接滴加水滴到涂有实施例1获得的防尘抗静电无机复合涂料的无机建材表面，如图4所示，采用接触角测试仪，将水滴滴至无机建材表面，采用静滴法经过计算接触角约为9 ^o，符合超亲水性小于10 ^o的要求。

实施实例2

1）室温下将浓度为20wt%的四乙氧基硅烷水溶液2.44kg加入到97.56kg的乙醇中，搅拌60 min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为10 wt %的柠檬酸水溶液11.43kg加热到70 ℃，添加由4.64kg的过氧化氢和50.02kg的Sn(NO₃)₄组成的混合物，90℃加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶80kg；向获得SnO₂溶胶中添加7.7kg的FNH₄，并用氨水调节PH=10，搅拌60 min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应6 h，获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液；

3）将0.5kg的KOH和0.15kg的K₂SiO₃加入到8kg的蒸馏水中，搅拌3 h，制备获得无机粘结剂；

4）在81kg的乙醇中加入10kg的步骤1获得的硅氧烷类醇溶液，再加入8kg的步骤2获得的抗静电掺杂SnO₂透明水溶液，反应5 h后，加入1kg步骤3获得的无机粘结剂，静置反应1d，获得防尘抗静电无机复合涂料。

实施实例3

1）室温下将浓度为15wt%的二甲基二甲氧基硅烷水溶液0.97kg加入到29.03kg的丙醇中，搅拌40 min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为8wt %的草酸水溶液3.3kg加热到70 ℃，添加由1.38kg的过氧化氢和12.57kg的Sn(SO₄)₂组成的混合物，在90℃下加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶20kg；在获得的SnO₂溶胶中，添加0.63kg的HF，并用氨水调节PH=11，搅拌40 min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应4 h，获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液；

3）将0.3kg的Ca(OH)₂和0.5kg的CaSiO₃加入到9.2kg的蒸馏水中，搅拌2h，获得无机粘结剂；

4）在94kg的丙醇中加入3kg步骤1获得的硅氧烷类醇溶液，再加入2kg的步骤2获得的抗静电掺杂SnO₂透明水溶液，反应4 h后，加入1kg步骤3获得的无机粘结剂，静置反应4d，获得防尘抗静电无机复合涂料。

实施实例4

1）室温下将浓度为12wt%的二甲基二乙氧基硅烷水溶液3.46kg加入到86.54kg的异丙醇中，搅拌50 min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为8wt %的柠檬酸水溶液14kg加热到70 ℃，添加由5.79kg的过氧化氢和44.41kg的SnCl₄组成的混合物，在90℃下加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶70kg；在制备的SnO₂溶胶中，添加5.45kg的FNH₄，并用氨水调节PH=12，搅拌50 min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应5 h，制备获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液；

3）将0.8kg的NaOH和0.8kg的AlPO₄加入到38.4kg的蒸馏水中，搅拌1.5 h，制备获得无机粘结剂。

4）在80kg的异丙醇中加入9kg步骤1获得的硅氧烷类醇溶液，再加入7kg步骤2获得的抗静电掺杂SnO₂透明水溶液，反应3h，随后加入4kg步骤3获得的无机粘结剂，静置反应5d，最后获得防尘抗静电无机复合涂料。

实施实例5

1）室温下将浓度为16wt%的六甲基环六硅氧烷水溶液1.39kg加入到48.61kg的甲醇中，搅拌20 min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为7 wt %的草酸水溶液10kg加热到70 ℃，添加由5.22kg的过氧化氢和29.12kg的SnCl₂组成的混合物，在90℃下加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶60kg；向SnO₂溶胶中，添加1.26kg的HF，并用氨水调节PH=12，搅拌20 min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应2 h，制备获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液；

3）将0.3kg 的KOH和3kg的Mg₃(PO₄)₂加入到26.7kg的蒸馏水中，搅拌2 h，制备获得无机粘结剂；

4）在86kg的甲醇中加入5kg步骤1获得的硅氧烷类醇溶液，再加入6kg步骤2获得的静电掺杂SnO₂透明水溶液，反应2 h，随后加入3kg步骤3获得的无机粘结剂，并静置反应2d，最后获得防尘抗静电无机复合涂料。

实施实例6

1）室温下将浓度为14wt%的八甲基环四硅氧烷水溶液1kg加入到30kg的乙醇中，搅拌30 min，获得硅氧烷类醇溶液；

2）将浓度为8 wt %的柠檬酸水溶液8kg并加热到70 ℃，添加由5.83kg的过氧化氢和20.34kg的金属Sn粉组成的混合物，在90℃下加热1 h后，结束反应，获得SnO₂溶胶40kg；向SnO₂溶胶中，添加2.34kg的FNH₄，并用氨水调节PH=12，搅拌30 min后，加入到聚四氟乙烯套中，随后在150 ℃下保温反应3 h，制备获得抗静电掺杂SnO₂透明水溶液。

3）将0.8kg的Ca(OH)₂和1.6kg的Ca₃(PO₄)₂加入到17.6kg的蒸馏水中，搅拌3 h，制备获得无机粘结剂；

4）在90Kg的乙醇中加入4kg步骤1获得的硅氧烷类醇溶液，再加入4kg步骤2获得的抗静电掺杂SnO₂透明水溶液，反应3 h，随后加入2kg步骤3获得的无机粘结剂，并静置反应3d，最后获得防尘抗静电无机复合涂料。

Claims

1.一种防尘抗静电无机复合涂料，其特征在于，以质量比计算，

硅氧烷类醇溶液 3-10份；

抗静电掺杂SnO₂溶液 2-8份；

无机粘结剂 1-5份；

醇 80-94份；

所述硅氧烷类醇溶液是指由浓度为10-20wt%的硅氧烷水溶液与甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇以质量比1：20-40混合制得的溶液；

所述抗静电掺杂SnO₂溶液是指加入1-9.6 wt %氟化物的SnO₂溶液，所述氟化物为FNH₄或HF；

所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种。

2.根据权利要求1所述一种防尘抗静电无机复合涂料，其特征在于，所述硅氧烷水溶液为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基环六硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种。

3.根据权利要求2所述一种防尘抗静电无机复合涂料，其特征在于，所述无机粘结剂是由质量比为0.1-3：2-10：16-97的氢氧化物、无机盐和水混合而制成，所述无机盐为硅酸盐或磷酸盐。

4.根据权利要求3所述一种防尘抗静电无机复合涂料，其特征在于，所述氢氧化物为NaOH、KOH、Ca(OH)₂中一种；所述硅酸盐为NaOH、KOH、或Ca(OH)₂；所述磷酸盐为AlPO₄、Mg₃(PO₄)₂或Ca₃(PO₄)₂。

5.如权利要求1所述一种防尘抗静电无机复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将浓度为10-20wt%的硅氧烷水溶液按质量比1：20-40加入到醇溶液中，搅拌10-60 min，获得硅氧烷类醇溶液；

所述的硅氧烷水溶液为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基环六硅氧烷、八甲基环四硅氧烷中的一种或两种的水溶液；

所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇或者异丙醇中的一种；

（2）在SnO₂溶胶中加入质量比为1-9.6 wt %的氟化物，用氨水调节PH为10-12，搅拌10-60 min后，加入到聚四氟乙烯套中，在150 ℃下保温2-6 h，即获得抗静电掺杂SnO₂水溶液；所述氟化物为FNH₄或HF；

（3）将氢氧化物、无机盐、蒸馏水按0.1-3：2-15：80-97的质量比混合，搅拌1-3 h，获得无机粘结剂；

所述的氢氧化物为NaOH、KOH、Ca(OH)₂中一种；

所述的无机盐为硅酸盐或磷酸盐，其中，硅酸盐为Na₂SiO₃、K₂SiO_3、或CaSiO₃, 磷酸盐为AlPO₄、Mg₃(PO₄)₂或Ca₃(PO₄)₂；

6.根据权利要求5所述一种防尘抗静电无机复合涂料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述SnO₂溶胶这这样获得的：将浓度为5-10 wt %的草酸或柠檬酸水溶液加热到70 ℃，按1：4-6的质量比添加到过氧化氢混合物中，90℃下加热1 h即获得所SnO₂溶胶；

所述过氧化氢混合物是指摩尔比为2-4：1的过氧化氢和Sn粉或Sn盐；

所述Sn盐为Sn(NO₃)₄、Sn(SO₄)₂、SnCl₄或SnCl₂中的一种。