CN108299882A - 一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自洁功能的有机‑无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应，再添加颜料和助剂，从而制得具有自洁功能的有机‑无机复合涂层材料；其中，二氧化硅溶胶与Bola型硅烷偶联剂的质量比为0.2～0.5:1，纳米二氧化钛溶胶的用量是二氧化硅溶胶和Bola型硅烷偶联剂两者总质量的3～10％。本发明所形成涂层不仅韧性强、不易开裂脱落，而且具有良好的自洁能力，能够在长期使用下保持清洁的外观。

Description

一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料
技术领域
本发明涉及建筑涂料领域，尤其涉及一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
背景技术
有机-无机复合涂层材料是将有机材料与无机材料通过复合手段制得的新型涂层材料，兼具无机材料涂层的优异耐候性和有机材料涂层的柔韧性，能够实现性能互补，从而提高涂层的总体性能，因此在建筑涂料、防腐涂层等领域具有广阔的应用前景。
现有技术中的有机-无机复合涂层材料主要是采用含有环氧的硅烷偶联剂与硅溶胶反应制备而成，但这种有机-无机复合涂层材料在形成涂层后，涂层硬度高、韧性差、很容易开裂脱落，而且不具有自洁功能，长期使用容易受污染。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，所形成涂层不仅韧性强、不易开裂脱落，而且具有良好的自洁能力，能够在长期使用下保持清洁的外观。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应，再添加颜料和助剂，从而制得具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料；其中，二氧化硅溶胶与Bola型硅烷偶联剂的质量比为0.2～0.5:1，纳米二氧化钛溶胶的用量是二氧化硅溶胶和Bola型硅烷偶联剂两者总质量的3～10％。
优选地，所述Bola型硅烷偶联剂的分子式为：(RO)3－Si－R’－Si－(OR)3；式中，R为CH3或CH3CH2，R’为(CH2)n或(CH2)n－(S)1～4－(CH2)n或(CH2)n－NH－(CH2)n，n的取值为1～20。
优选地，所述的助剂为润湿剂或消泡剂中的至少一种。
优选地，所述使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应包括以下步骤：将二氧化硅溶胶与纳米二氧化钛溶胶混合均匀，从而得到混合物A；将Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B；将混合物A加热到40～80℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中进行反应。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料主要是由纳米二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶、Bola型硅烷偶联剂三元复合而成；由于Bola型硅烷偶联剂的链两端的离子基团水解后可以与二氧化硅溶胶和二氧化钛表面的羟基发生缩合反应，因此通过使用不同链段长度的Bola型硅烷偶联剂可以获得一系列的具有不同柔性和硬度的复合涂料，这能够使所形成涂层韧性增强，有效避免涂层开裂脱落；此外，Bola型硅烷偶联剂的水解产物能够使二氧化硅溶胶与纳米二氧化钛通过化学键相交联，而纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，因此本发明实施例所形成涂层具有良好的光催化自洁能力，能够在长期使用下保持清洁的外观。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料进行详细描述。
一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应，再添加颜料和助剂，从而制得具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
其中，二氧化硅溶胶与Bola型硅烷偶联剂的质量比为0.2～0.5:1，纳米二氧化钛溶胶的用量是二氧化硅溶胶和Bola型硅烷偶联剂两者总质量的3～10％；颜料的用量不高于纳米二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂三者总质量的5％；助剂的用量是纳米二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂三者总质量的0.1～0.5％。所述的纳米二氧化钛溶胶采用稳定分散的锐钛型纳米二氧化钛溶胶。所述Bola型硅烷偶联剂的分子式为：(RO)3－Si－R’－Si－(OR)3；式中，R为CH3或CH3CH2，R’为(CH2)n或(CH2)n－(S)1～4－(CH2)n或(CH2)n－NH－(CH2)n，n的取值为1～20。所述的颜料可以采用现有技术中的钛白粉、色浆等颜料。所述的助剂可以采用现有技术中的润湿剂(例如：可通过商业手段购买的BYK346，BKY348或surfynol104等润湿剂)或消泡剂(例如：可通过商业手段购买的DeformW-0506，Deform W-052或BKY024等消泡剂)中的至少一种。
具体地，将二氧化硅溶胶与纳米二氧化钛溶胶混合均匀，从而得到混合物A；将Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B；将混合物A加热到40～80℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中进行反应(例如：反应30分钟)，再添加颜料和助剂，从而即可制得具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
进一步地，在现有技术中，传统硅烷偶联剂只有一个三甲(乙)氧基硅烷，虽然其链长也可以调节，但由于其交联的官能团都相邻，因此不能起到调节二氧化硅溶胶之间刚性的目的，所形成的漆膜硬度高但柔韧性差。而在本申请中，Bola型硅烷偶联剂的链两端的离子基团水解后可以与二氧化硅溶胶和二氧化钛表面的羟基发生缩合反应，因此通过使用不同链段长度的Bola型硅烷偶联剂可以获得一系列的具有不同柔性和硬度的复合涂料，这能够有效避免所形成涂层开裂脱落；此外，在Bola型硅烷偶联剂的水解产物与二氧化钛表面的羟基发生缩合反应时，二氧化钛通过化学键交联到所形成涂层中，这能够使所形成涂层具有光催化自洁的功能。
综上可见，本发明实施例所形成涂层不仅韧性强、不易开裂脱落，而且具有良好的自洁能力，能够在长期使用下保持清洁的外观。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料进行详细描述。
实施例1
一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：
步骤a1、将30g固含量为25％的二氧化硅溶胶与10g固含量为1％的纳米二氧化钛溶胶混合，并搅拌均匀，从而得到混合物A。
步骤b1、将80g的分子式为(CH3O)3－Si－CH2－CH2－Si－(CH3O)3的Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B。
步骤c1、将混合物A加热到50℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中，然后再加入10g的钛白粉、3g色浆、0.1g润湿剂、0.1g消泡剂，从而制得所述具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
具体地，采用本发明实施例1制得的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料分别涂覆出50微米、150微米和300微米的漆膜，并观察漆膜外观是否开裂及测试漆膜硬度；结构表明：这些漆膜硬度为5H，并且150微米和300微米的漆膜开裂。
实施例2
一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：
步骤a2、将30g固含量为25％的二氧化硅溶胶与5g固含量为1％的纳米二氧化钛溶胶混合，并搅拌均匀，从而得到混合物A。
步骤b2、将80g的分子式为(CH3O)3－Si－(CH2)6－Si－(CH3O)3的Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B。
步骤c2、将混合物A加热到50℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中，然后再加入10g的钛白粉、3g色浆、0.1g润湿剂、0.1g消泡剂，从而制得所述具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
具体地，采用本发明实施例2制得的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料分别涂覆出50微米、150微米和300微米的漆膜，并观察漆膜外观是否开裂及测试漆膜硬度；结构表明：这些漆膜硬度为4H，并且所有漆膜均未见开裂。
实施例3
一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，采用以下步骤制备而成：
步骤a3、将30g固含量为25％的二氧化硅溶胶与10g固含量为1％的纳米二氧化钛溶胶混合，并搅拌均匀，从而得到混合物A。
步骤b3、将100g的分子式为(CH3O)3－Si－(CH2)3－S4－(CH2)3－Si－(CH3O)3的Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B。
步骤c3、将混合物A加热到50℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中，然后再加入11g的钛白粉、3g色浆、0.1g润湿剂、0.1g消泡剂，从而制得所述具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料。
具体地，采用本发明实施例3制得的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料分别涂覆出50微米、150微米和300微米的漆膜，并观察漆膜外观是否开裂及测试漆膜硬度；结构表明：这些漆膜硬度为4H，并且所有漆膜均未见开裂。
综上可见，本发明实施例所形成涂层不仅韧性强、不易开裂脱落，而且具有良好的自洁能力，能够在长期使用下保持清洁的外观。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，其特征在于，采用以下步骤制备而成：使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应，再添加颜料和助剂，从而制得具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料；
其中，二氧化硅溶胶与Bola型硅烷偶联剂的质量比为0.2～0.5:1，纳米二氧化钛溶胶的用量是二氧化硅溶胶和Bola型硅烷偶联剂两者总质量的3～10％。
2.根据权利要求1所述的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，其特征在于，所述Bola型硅烷偶联剂的分子式为：(RO)3－Si－R’－Si－(OR)3
式中，R为CH3或CH3CH2，R’为(CH2)n或(CH2)n－(S)1～4－(CH2)n或(CH2)n－NH－(CH2)n，n的取值为1～20。
3.根据权利要求1或2所述的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，其特征在于，所述的助剂为润湿剂或消泡剂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的具有自洁功能的有机-无机复合涂层材料，其特征在于，所述使纳米二氧化钛溶胶与二氧化硅溶胶及Bola型硅烷偶联剂反应包括以下步骤：
将二氧化硅溶胶与纳米二氧化钛溶胶混合均匀，从而得到混合物A；将Bola型硅烷偶联剂加入到水中，从而得到混合物B；将混合物A加热到40～80℃，并在搅拌状态下将混合物B加入到混合物A中进行反应。
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