CN104449024A - 一种疏水性纳米二氧化钛的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法及含该方法制备的疏水型纳米二氧化钛的纳米微粒超疏水自洁墙面漆，通过在纳米二氧化钛表面引入烷基，改善纳米二氧化钛的乳化稳定性能，通过在其表面包裹硅氟聚合物，从而使材料具备良好的疏水性能。当疏水型纳米二氧化钛用于涂料中时，由于其表面具有烷基，不团聚，分散性良好。由于其表面被硅氟聚合物包裹，当涂料中的成膜物质因干燥而收缩，其表面的硅氟材料凸出在涂膜表面，形成与荷叶表面极为相似的涂膜表面，不仅具有超疏水表面，而且在超疏水表面形成纳米级凸点，因而具有了优异的超疏水功能。

Description

一种疏水性纳米二氧化钛的制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体地，涉及一种疏水性纳米二氧化钛的制备方法及含该方法制备的疏水性纳米二氧化钛的纳米微粒超疏水自洁墙面漆。

背景技术

纳米二氧化钛是性能极好的颜料，光散射力强、着色力高、遮盖力大。科学研究还发现锐钛矿型纳米二氧化钛吸收光能量后能产生氢氧自由基(OH-)与负氧离子(O₂ ^-)。氢氧自由基(OH-)与负氧离子(O₂ ^-)具有很强的氧化还原能力，能分解氧化空气中的污染物，从而达到净化空气的目的。尤其是10纳米以下的纳米二氧化钛方具有特别优异的光催化性能。因而，墙面漆生产厂家也尝试在墙面漆中添加锐钛矿型纳米二氧化钛。如申请号为201010624630.8的中国专利文献就是采用在涂料中添加纳米二氧化钛。然而，实际生产中发现纳米二氧化钛液溶胶添加到涂料体系中后即絮凝为大粒径而沉淀，当纳米二氧化钛粒子絮凝后，纳米二氧化钛涂料的光催化性能就大大降低了，甚至没有。现有技术无法解决10纳米以下的锐钛矿型纳米二氧化钛液溶胶与涂料体系的相溶性问题与纳米二氧化钛粒子在涂料体系中的分散性问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法及含该方法制备的疏水型纳米二氧化钛的纳米微粒超疏水自洁墙面漆，通过在纳米二氧化钛表面引入烷基，改善纳米二氧化钛的乳化稳定性能，通过在其表面包裹硅氟聚合物，从而使材料具备良好的疏水性能。含有疏水型纳米二氧化钛的涂料因引入钛白粉而具有光催化去污的功能，具备优良的自清洁作用，使用寿命长，耐酸、耐碱侵蚀性能优异，热稳定性高。

本发明的技术方案如下：一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米二氧化钛用质量浓度为50％的乙醇调制成质量浓度为20-50％的乳液，超声分散均匀，调节pH为3.0-3.5，并在70-80℃保温0.5-2小时；

2)在反应釜中，加入步骤1)所得乳液，再加入纳米二氧化钛质量0.5-2％的硅烷偶联剂，加温到80-100℃，恒温下搅拌反应3-5小时；

3)缓慢搅拌步骤2)所得产物，并添加其总质量5％-20％的硅氟聚合物，并继续搅拌2-3小时，至均匀混合；

4)向步骤3)所得产物中加入其总质量0.2-1％的固化剂，搅拌均匀，即为疏水纳米二氧化钛。

所述硅氟聚合物为江苏三木集团生产的环氧改性有机氟硅聚合物。

所述硅烷偶联剂为KH-570。

一种纳米微粒超疏水自洁墙面漆，含有上述制备方法制备的疏水纳米二氧化钛。

所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆，包括下述重量份的各组分

所述填料为硅藻土、碳酸钙、高岭土、硅酸镁或滑石粉中任意一种或几种的混合物。

所述成膜树脂为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

所述助剂包括消泡剂，分散剂，pH调节剂、杀菌防腐剂、防霉抗藻剂、抗冻剂、成膜助剂和增稠剂。

所述消泡剂为脂肪族和乳化剂的混合物，所述分散剂A为多磷酸盐类，所述分散剂B为聚丙烯酸铵盐，所述pH调节剂为有机铵，所述防霉剂为IPBC和BCM的复配物，所述抗冻剂为丙二醇，所述成膜助剂为戊二醇单异丁酸脂，所述防腐剂为MIT和CMIT的复配物，所述增稠剂A为乙氧基聚氨酯类增稠剂，所述增稠剂B为丙烯酸类碱溶胀改性增稠剂。

所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆的制备方法，包括如下步骤：

1)按配方称量疏水纳米二氧化钛、钛白粉、填料、成膜树脂、助剂和蒸馏水；

2)将钛白粉、填料加入蒸馏水中，搅拌至均匀混合，得混合物一；

3)在混合物一中加入成膜树脂和助剂，并搅拌至均匀混合，得混合物二；

4)在混合物二中加入疏水纳米二氧化钛，并搅拌至均匀混合，用搅拌机以200-250rpm搅拌10-15分钟，即得所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆。

本发明中，所述纳米二氧化钛经硅硅烷偶联剂改性后在纳米二氧化钛表面引入烷基。其中硅烷偶联剂使用KH-570，是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与二氧化钛表面的吸附水反应，形成牢固的粘合，从而在纳米二氧化钛表面引入烷基，使纳米二氧化钛在乳化液中不团聚，分散性能良好。

氟硅材料含有F－C键、Si－O键和Si－C键，表面能较低，所以具有较好的疏水性。改性纳米二氧化钛表面包裹硅氟材料后，赋予材料良好的疏水性能。

当疏水型纳米二氧化钛用于涂料中时，由于其表面具有烷基，不团聚，分散性良好。由由于其表面被硅氟聚合物包裹，当涂料中的成膜物质因干燥而收缩，其表面的硅氟材料凸出在涂膜表面，形成与荷叶表面极为相似的涂膜表面，不仅具有超疏水表面，而且在超疏水表面形成纳米级凸点，因而具有了优异的超疏水功能。

本发明的有益效果为：本发明所述疏水型纳米二氧化钛在纳米二氧化钛表面引入烷基，改善纳米二氧化钛的乳化稳定性能，通过在其表面包裹氟硅聚合物，从而使材料具备良好的疏水性能。含有疏水型纳米二氧化钛的涂料因引入钛白粉而具有光催化去污的功能，具备优良的自清洁作用，使用寿命长，耐酸、耐碱侵蚀性能优异，热稳定性高。

具体实施方式

实施例1：一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米二氧化钛用质量浓度为50％的乙醇调制成质量浓度为35％的乳液，超声分散均匀，调节pH为3.0-3.5，并在80℃保温1小时；

2)在反应釜中，加入步骤1)所得乳液，再加入纳米二氧化钛质量1％的硅烷偶联剂KH-570，加温到90℃，恒温下搅拌反应4小时；

3)缓慢搅拌步骤2)所得产物，并添加其总质量15％的环氧改性有机氟硅聚合物，并继续搅拌2小时，至均匀混合；

4)、向步骤3)所得产物中加入其总质量0.7％的固化剂，搅拌均匀，即为疏水纳米二氧化钛。

实施例2：一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米二氧化钛用质量浓度为50％的乙醇调制成质量浓度为50％的乳液，超声分散均匀，调节pH为3.0-3.5，并在80℃保温1小时；

2)在反应釜中，加入步骤1)所得乳液，再加入纳米二氧化钛质量2％的硅烷偶联剂KH-570，加温到100℃，恒温下搅拌反应5小时；

3)缓慢搅拌步骤2)所得产物，并添加其总质量20％的环氧改性有机氟硅聚合物，并继续搅拌3小时，至均匀混合；

4)、向步骤3)所得产物中加入其总质量1％的固化剂，搅拌均匀，即为疏水纳米二氧化钛。

实施例3：一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米二氧化钛用质量浓度为50％的乙醇调制成质量浓度为20％的乳液，超声分散均匀，调节pH为3.0-3.5，并在80℃保温1小时；

2)在反应釜中，加入步骤1)所得乳液，再加入纳米二氧化钛质量0.5％的硅烷偶联剂KH-570，加温到80℃，恒温下搅拌反应3小时；

3)缓慢搅拌步骤2)所得产物，并添加其总质量5％的环氧改性有机氟硅聚合物，并继续搅拌2小时，至均匀混合；

4)向步骤3)所得产物中加入其总质量0.2％的固化剂，搅拌均匀，即为疏水纳米二氧化钛。

实施例4：

一种纳米微粒超疏水自洁墙面漆，包括下述重量份的各组分

所述填料为硅藻土。

所述成膜树脂为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

所述助剂包括消泡剂，分散剂，pH调节剂、杀菌防腐剂、防霉抗藻剂、抗冻剂、成膜助剂和增稠剂。

所述消泡剂为脂肪族和乳化剂的混合物，所述分散剂A为多磷酸盐类，所述分散剂B为聚丙烯酸铵盐，所述pH调节剂为有机铵，所述防霉剂为IPBC和BCM的复配物，所述抗冻剂为丙二醇，所述成膜助剂为戊二醇单异丁酸脂，所述防腐剂为MIT和CMIT的复配物，所述增稠剂A为乙氧基聚氨酯类增稠剂，所述增稠剂B为丙烯酸类碱溶胀改性增稠剂。

所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆的制备方法，包括如下步骤：

1)按配方称量疏水纳米二氧化钛、钛白粉、填料、成膜树脂、助剂和蒸馏水；

2)将钛白粉、填料加入蒸馏水中，搅拌至均匀混合，得混合物一；

3)在混合物一中加入成膜树脂和助剂，并搅拌至均匀混合，得混合物二；

4)在混合物二中加入疏水纳米二氧化钛，并搅拌至均匀混合，用搅拌机以200-250rpm搅拌10-15分钟，即得所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆。

实施例5：

一种纳米微粒超疏水自洁墙面漆，包括下述重量份的各组分

所述填料为碳酸钙。

所述成膜树脂为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

所述助剂包括消泡剂，分散剂，pH调节剂、杀菌防腐剂、防霉抗藻剂、抗冻剂、成膜助剂和增稠剂。

所述消泡剂为脂肪族和乳化剂的混合物，所述分散剂A为多磷酸盐类，所述分散剂B为聚丙烯酸铵盐，所述pH调节剂为有机铵，所述防霉剂为IPBC和BCM的复配物，所述抗冻剂为丙二醇，所述成膜助剂为戊二醇单异丁酸脂，所述防腐剂为MIT和CMIT的复配物，所述增稠剂A为乙氧基聚氨酯类增稠剂，所述增稠剂B为丙烯酸类碱溶胀改性增稠剂。

所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆的制备方法，包括如下步骤：

1)按配方称量疏水纳米二氧化钛、钛白粉、填料、成膜树脂、助剂和蒸馏水；

2)将钛白粉、填料加入蒸馏水中，搅拌至均匀混合，得混合物一；

3)在混合物一中加入成膜树脂和助剂，并搅拌至均匀混合，得混合物二；

4)在混合物二中加入疏水纳米二氧化钛，并搅拌至均匀混合，用搅拌机以200-250rpm搅拌10-15分钟，即得所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆。

实施例6：

一种纳米微粒超疏水自洁墙面漆，包括下述重量份的各组分

所述填料为高岭土。

所述成膜树脂为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

所述助剂包括消泡剂，分散剂，pH调节剂、杀菌防腐剂、防霉抗藻剂、抗冻剂、成膜助剂和增稠剂。

所述消泡剂为脂肪族和乳化剂的混合物，所述分散剂A为多磷酸盐类，所述分散剂B为聚丙烯酸铵盐，所述pH调节剂为有机铵，所述防霉剂为IPBC和BCM的复配物，所述抗冻剂为丙二醇，所述成膜助剂为戊二醇单异丁酸脂，所述防腐剂为MIT和CMIT的复配物，所述增稠剂A为乙氧基聚氨酯类增稠剂，所述增稠剂B为丙烯酸类碱溶胀改性增稠剂。

所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆的制备方法，包括如下步骤：

1)按配方称量疏水纳米二氧化钛、钛白粉、填料、成膜树脂、助剂和蒸馏水；

2)将钛白粉、填料加入蒸馏水中，搅拌至均匀混合，得混合物一；

3)在混合物一中加入成膜树脂和助剂，并搅拌至均匀混合，得混合物二；

4)在混合物二中加入疏水纳米二氧化钛，并搅拌至均匀混合，用搅拌机以200-250rpm搅拌10-15分钟，即得所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种疏水型纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将纳米二氧化钛用质量浓度为50％的乙醇调制成质量浓度为20-50％的乳液，超声分散均匀，调节pH为3.0-3.5，并在70-80℃保温0.5-2小时；

2)在反应釜中，加入步骤1)所得乳液，再加入纳米二氧化钛质量0.5-2％的硅烷偶联剂，加温到80-100℃，恒温下搅拌反应3-5小时；

3)缓慢搅拌步骤2)所得产物，并添加其总质量5％-20％的氟硅聚合物，并继续搅拌2-3小时，至均匀混合；

4)向步骤3)所得产物中加入其总质量0.2-1％的固化剂，搅拌均匀，即为疏水纳米二氧化钛。

2.如权利要求1所述的疏水纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，所述氟硅聚合物为环氧改性有机氟硅聚合物。

3.如权利要求1所述的疏水纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-570。

4.一种纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，含有权利要求1所述制备方法制备的疏水纳米二氧化钛。

5.如权利要求4所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，包括下述重量份的各组分

6.如权利要求5所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，所述填料为硅藻土、碳酸钙、高岭土、硅酸镁或滑石粉中任意一种或几种的混合物。

7.如权利要求5所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，所述成膜树脂为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。

8.如权利要求5所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，所述助剂包括消泡剂，分散剂，pH调节剂、杀菌防腐剂、防霉抗藻剂、抗冻剂、成膜助剂和增稠剂。

9.如权利要求8所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆，其特征在于，所述消泡剂为脂肪族和乳化剂的混合物，所述分散剂A为多磷酸盐类，所述分散剂B为聚丙烯酸铵盐，所述pH调节剂为有机铵，所述防霉剂为IPBC和BCM的复配物，所述抗冻剂为丙二醇，所述成膜助剂为戊二醇单异丁酸脂，所述防腐剂为MIT和CMIT的复配物，所述增稠剂A为乙氧基聚氨酯类增稠剂，所述增稠剂B为丙烯酸类碱溶胀改性增稠剂。

10.如权利要求5-9任一项所述的纳米微粒超疏水自洁墙面漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按配方称量疏水纳米二氧化钛、钛白粉、填料、成膜树脂、助剂和蒸馏水；

2)将钛白粉、填料加入蒸馏水中，搅拌至均匀混合，得混合物一；

3)在混合物一中加入成膜树脂和助剂，并搅拌至均匀混合，得混合物二；

4)在混合物二中加入疏水纳米二氧化钛，并搅拌至均匀混合，用搅拌机以200-250rpm搅拌10-15分钟，即得所述纳米微粒超疏水自洁墙面漆。