CN105086537A - 一种透明超疏水自清洁涂料 - Google Patents

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Abstract

一种透明超疏水自清洁涂料，采用一步直接水解法合成带活性疏水基团的二氧化硅纳米粒子，再配制涂料，获得高透明的自清洁涂料。所述自清洁涂料由带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子，醇类溶剂以及助剂组成。带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子含量1%-10%，醇类溶剂含量90%-98%，助剂含量0.1%-1%。涂料成膜后透光率大于98%，水接触角大于150°，具有良好的自清洁性能，可广泛用于建筑玻璃幕墙，汽车玻璃，光伏组件，光学器件等。

Description

一种透明超疏水自清洁涂料
技术领域
本发明涉及一种透明超疏水自清洁涂料，属功能高分子材料技术领域。
背景技术
具有“荷叶效应”的自清洁表面有很好的超疏水性，较强的抗污染能力。自清洁涂层具有节水、节能、环保等优势，越来越受到人们的广泛关注，是目前材料学科研究的热点之一。目前仿生超疏水涂层主要通过在粗糙表面修饰低表面能物质和提高低表面能物质的粗糙度两种方式来实现。
随着研究的深入，人们逐步发现透明度是超疏水涂层构建中十分重要的参数之一。较高的透光性使得仿生超疏水涂层在汽车、飞机和航天器挡风玻璃、高层建筑玻璃及外墙体、太阳能电池板、光学仪器等领域拥有更加广泛的应用前景。然而透明性与粗糙度是两个相互竞争的因素，控制合适的表面粗糙度，以达到较好的表面透明性是当前该领域的研究难点。因此，如何能够获得光学透明且表面超疏水的涂层成为该领域的技术瓶颈之一。目前报道的超疏水薄膜表面透明性很差，与基材的结合力较弱，极易发生脱落，使得其实用价值大打折扣。
目前仿生透明超疏水涂层的制备方法主要包括借助低表面能物质的表面修饰、溶胶凝胶法、层层自组装法、沉积法、等离子体技术等，但是存在制备工艺复杂，条件苛刻，设备昂贵生产成本高等问题，不利于仿生透明超疏水涂层的实际使用。基于以上分析，在涂层表面粗糙度和可见光透过率之间寻求一个适宜平衡点，进而实现超疏水性和透明性的统一，通过简单可控的工艺条件，使用操作简单的的设备获得生产成本较低的仿生透明超疏水涂料成为超疏水涂层技术发展重点方向之一。
发明内容
本发明的目的是，根据现有超疏水的涂料存在的问题，提出一种透明超疏水自清洁涂料。
实现本发明的技术方案如下：本发明采用一步直接水解法合成带活性疏水基团的二氧化硅纳米粒子，再配制涂料，获得高透明的自清洁涂料。
本发明一种透明超疏水自清洁涂料由带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子，醇类溶剂以及助剂混合形成的单组份固化体系。
所述带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子是由正硅酸乙酯，硅烷偶联剂，含硅胺烷经过直接水解合成；所述带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子含量是总的涂料体系混合物重量的1%-10%。
所述醇类溶剂是由乙醇与异丙醇，正丁醇，正己醇，正辛醇中的一种或两种混合而成的混合溶剂；所述醇类溶剂含量是总的涂料体系混合物重量的90%-98%。
所述助剂包括丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸烯丙酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种与2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二苯甲酮，碘鎓盐中的一种混合而成；所述助剂含量是总的涂料体系混合物重量的0.1%-1%。
所述硅烷偶联剂是带有活性基团的硅氧烷，包括KH570，KH560，KH561中的一种，含硅胺烷是能够快速水解产生氨催化正硅酸乙酯生成二氧化硅纳米粒子，同时对纳米粒子进行疏水改性的一类化合物，包括六甲基二硅胺烷，二乙烯基四甲基二硅胺烷，四甲基二硅胺烷中的一种。
所述纳米粒子粒径为10-200nm。
所述活性基团为丙烯酸酯基或环氧基。
所述涂料成膜后透光率大于98%，水接触角大于150°，具有良好的自清洁性能。
本发明的有益效果是，本发明高透明超疏水自清洁涂料是由带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子，醇类溶剂以及助剂混合形成的单组份固化体系，具有施工方便，材料固化快速的特点。
本发明的带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子是由正硅酸乙酯，硅烷偶联剂，含硅胺烷经过直接水解合成，具有合成工艺简单，反应条件温和，重复性好，产物结构可控的特点。本发明的高透明超疏水自清洁涂料由具有固化活性的组分交联而成，材料具有收缩率低，粘结强度高，防水，耐腐蚀的特点。
本发明的高透明超疏水自清洁涂料在可见光范围内具有很高的透过率，不影响玻璃的光学性能。制备的高透明超疏水自清洁涂料具有超疏水性，表现出良好的自清洁性能，满足玻璃涂料自清洁应用性能要求。
本发明高透明超疏水自清洁涂料可广泛用于建筑玻璃幕墙，汽车玻璃，光伏组件，光学器件等。
附图说明
图1为本发明实施例涂膜的透光率；
图2为本发明实施例涂膜的水接触角图像。
具体实施方式
实施例1：表面带甲基丙烯酸酯基疏水二氧化硅纳米粒子(MSiO2)1的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH570,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL六甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为40-80nm。
实施例2：表面带环氧基疏水二氧化硅纳米粒子(ESiO2)1的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH560,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL六甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为30-70nm。
实施例3：表面带甲基丙烯酸酯基疏水二氧化硅纳米粒子(MSiO2)2的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH570,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL二乙烯基四甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为20-80nm。
实施例4：表面带环氧基疏水二氧化硅纳米粒子(ESiO2)2的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH560,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL二乙烯基四甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为20-70nm。
实施例5：表面带甲基丙烯酸酯基疏水二氧化硅纳米粒子(MSiO2)3的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH570,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL四甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为40-80nm。
实施例6：表面带环氧基疏水二氧化硅纳米粒子(ESiO2)3的合成
取2mL正硅酸乙酯，0.12mL硅烷偶联剂KH560,加入35mL无水乙醇，搅拌15min后加入3mL四甲基二硅胺烷，继续搅拌0.5h，然后缓慢滴加3mL去离子水，室温搅拌反应24h，形成二氧化硅纳米粒子的乙醇分散液，纳米粒子的粒径为40-70nm。
实施例7：含有二氧化硅纳米粒子(MSiO2)1的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例1合成的二氧化硅纳米粒子(MSiO2)1乙醇分散液，以4mL乙醇稀释，加入0.4mL正己醇，0.05mL丙烯酸丁酯，0.01g二苯甲酮，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率99.4%（如图1所示），水接触角153°（如图2所示）。
实施例8：含有二氧化硅纳米粒子(ESiO2)1的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例2合成的二氧化硅纳米粒子(ESiO2)1乙醇分散液，以4mL乙醇稀释，加入0.4mL正己醇，0.0.5mL甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01g碘鎓盐，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率99%，水接触角151°。
实施例9：含有二氧化硅纳米粒子(MSiO2)2的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例3合成的二氧化硅纳米粒子(MSiO2)2乙醇分散液，以5mL乙醇稀释，加入0.5mL正丁醇，0.05mL丙烯酸丁酯，0.01g二苯甲酮，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率98%，水接触角155°。
实施例10：含有二氧化硅纳米粒子(ESiO2)2的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例4合成的二氧化硅纳米粒子(ESiO2)2乙醇分散液，以5mL乙醇稀释，加入0.5mL正丁醇，0.05mL甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01g二苯甲酮，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率99%，水接触角154°。
实施例11：含有二氧化硅纳米粒子(MSiO2)3的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例1合成的二氧化硅纳米粒子(MSiO2)3乙醇分散液，以4mL乙醇稀释，加入0.4mL正己醇，0.06mL丙烯酸丁酯，0.01g二苯甲酮，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率98%，水接触角152°。
实施例12：含有二氧化硅纳米粒子(ESiO2)3的透明自清洁涂料配制
取2mL实施例2合成的二氧化硅纳米粒子(ESiO2)3乙醇分散液，以4mL乙醇稀释，加入0.4mL正己醇，0.06mL甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01g碘鎓盐，混合均匀形成透明溶液，得透明自清洁涂料。涂料涂覆于玻璃表面进行表面处理，溶剂挥发固化3分钟后，形成透明膜。涂膜透光率99%，水接触角150°。

Claims (6)

1.一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述涂料是由带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子，醇类溶剂以及助剂混合形成的单组份固化体系；
所述带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子是由正硅酸乙酯，硅烷偶联剂，含硅胺烷经过直接水解合成；所述带活性基团疏水的二氧化硅纳米粒子含量是总的涂料体系混合物重量的1%-10%；
所述醇类溶剂是由乙醇与异丙醇，正丁醇，正己醇，正辛醇中的一种或两种混合而成的混合溶剂；所述醇类溶剂含量是总的涂料体系混合物重量的90%-98%；
所述助剂包括丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸烯丙酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种与2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二苯甲酮，碘鎓盐中的一种混合而成；所述助剂含量是总的涂料体系混合物重量的0.1%-1%。
2.根据权利要求1所述一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂是带有活性基团的硅氧烷，包括KH570，KH560，KH561中的一种，含硅胺烷是能够快速水解产生氨催化正硅酸乙酯生成二氧化硅纳米粒子，同时对纳米粒子进行疏水改性的一类化合物，包括六甲基二硅胺烷，二乙烯基四甲基二硅胺烷，四甲基二硅胺烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述涂料成膜后透光率大于98%，水接触角大于150°，具有良好的自清洁性能。
4.根据权利要求1所述的一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述纳米粒子粒径为10-200nm。
5.根据权利要求2所述的一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述活性基团为丙烯酸酯基或环氧基。
6.根据权利要求1所述一种透明超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述涂料的制备方法采用一步直接水解法合成带活性疏水基团的二氧化硅纳米粒子，再配制涂料，获得高透明的自清洁涂料。
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