CN108395741B - 一种四元复合超亲水涂层及其制备方法 - Google Patents

一种四元复合超亲水涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四元复合超亲水涂层及其制备方法，该涂层由改性纳米二氧化硅‑氧化石墨烯‑磺化纳米碳管‑多金属氧酸盐组成。首先，通过氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液，然后将其与氧化石墨烯水溶液、磺化纳米碳管水溶液和多金属氧酸盐水溶液按比例进行混合，然后将溶液涂覆在基材上，经60‑200℃热处理后，制备出四元复合涂层材料，该涂层具有自清洁抗静电超亲水性能。该制备方法高效、工艺过程简单、绿色环保，适用于金属、玻璃等基材要求自清洁和防雾性能的多种场合。

Description

一种四元复合超亲水涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于材料学领域，涉及一种涂层材料，具体来说是一种基于改性纳米二氧化硅-氧化石墨烯-磺化纳米碳管-多金属氧酸盐的四元复合超亲水涂层及其制备方法。
背景技术
近些年，由于在自清洁和防雾等领域拥有巨大的应用价值，超亲水材料(材料表面与水的接触角小于5°)已经成为了开发和研究的热点。传统的超亲水涂层往往具有较短暂的超亲水性能，经过水洗500次后或者耐摩擦1000次后就没有亲水效果而导致亲水涂层失效，甚至影响基材的性能。原因有两方面，一是亲水涂层的表面电阻较高(大于1012Ω)容易吸附灰尘，二是涂层结构单一。因此，本发明采用氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(化工时刊，2008,22(4)，26-28)与氧化石墨烯、磺化纳米碳管水溶液和多金属氧酸盐水溶液(JunYan et al.Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,4376–4380)四元复合体系制备超亲水涂层，降低了涂层的表面电阻，同时也构筑了球形、片层和管状复合网络结构，提高了涂层的耐磨性能和耐水洗性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于改性纳米二氧化硅-氧化石墨烯-磺化纳米碳管-多金属氧酸盐的四元复合超亲水涂层及其制备方法，以解决现有技术中的涂层的超亲水性能耐水洗性能不够理想及不耐摩擦的问题。
本发明提供了一种基于改性纳米二氧化硅-氧化石墨烯-磺化纳米碳管-多金属氧酸盐的四元复合超亲水涂层，该涂层采用如下方法制得：首先通过氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液，然后将其与氧化石墨烯水溶液、磺化纳米碳管水溶液、多金属氧酸盐水溶液进行混合，再将混合溶液涂覆在基材上，经60-200℃热处理后，获得四元复合超亲水涂层。
上述技术方案中，所述的氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)质量浓度为5-30％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.01-1mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.01-0.5mg/ml，多金属氧酸盐水溶液(D)的浓度为0.1-0.5mg/ml，A:B:C:D质量配比为1000:1:1:1～100:1:1:1。
所述的多金属氧酸盐中的金属为钼、钨、钒中的两种或三种。
所述的热处理过程为：
a)在60-90℃烘烤5-15min；
b)在150-200℃烘烤10-60min。
本发明制得的四元复合超亲水涂层的表面电阻为106-109Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
本发明和已有技术相比，克服了现有涂层超亲水性能耐水洗性能不够理想及不耐摩擦的问题，本发明所制备的涂层，具有优异的亲水性，水接触角小于5°，表面电阻为106-109Ω，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。而且本发明的制备方法和工艺过程简单、性能优异。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，下面的阐述仅是为了解释本发明的优点和技术方案，并不对本发明进行限定。
实例1:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为5％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.01mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.01mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.1mg/ml，A:B:C:D质量配比为100:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于玻璃表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在90℃烘烤5min；b)在150℃烘烤60min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为109Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
实例2:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为30％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为1mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.5mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.5mg/ml，A:B:C:D质量配比为1000:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于金属表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在60℃烘烤15min；b)在200℃烘烤10min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为106Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
实例3:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为10％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.1mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.1mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.1mg/ml，A:B:C:D质量配比为200:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于玻璃表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在80℃烘烤10min；b)在180℃烘烤20min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为107Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
实例4:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为15％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.5mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.5mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.5mg/ml,A:B:C:D质量配比为300:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于玻璃表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在70℃烘烤15min；b)在160℃烘烤30min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为106Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
实例5:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为20％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.2mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.2mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.2mg/ml A:B:C:D质量配比为500:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于玻璃表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在60℃烘烤10min；b)在200℃烘烤30min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为107Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
实例6:
1.氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)浓度为25％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.05mg/ml，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.05mg/ml，多金属氧酸盐(D)的浓度为0.1mg/ml A:B:C:D质量配比为800:1:1:1。将四种溶液进行混合搅拌均匀。
2.将四元体系溶液涂于玻璃表面后进行热处理工艺，热处理过程为：a)在70℃烘烤15min；b)在150℃烘烤50min。
3.制备的四元复合超亲水涂层的表面电阻为109Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。

Claims (4)

1.一种四元复合超亲水涂层，其特征在于：该涂层由改性纳米二氧化硅、氧化石墨烯、磺化纳米碳管、多金属氧酸盐组成；该涂层采用如下方法制得：首先通过氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液，然后将其与氧化石墨烯水溶液、磺化纳米碳管水溶液、多金属氧酸盐水溶液进行混合，再将混合溶液涂覆在基材上，经60-200℃热处理后，获得四元复合超亲水涂层；
所述的氨基硅烷改性纳米二氧化硅水溶液(A)质量浓度为5-30％，氧化石墨烯水溶液(B)的浓度为0.01-1mg/mL ，磺化纳米碳管水溶液(C)的浓度为0.01-0.5mg/mL ，多金属氧酸盐水溶液(D)的浓度为0.1-0.5mg/mL ，A:B:C:D质量配比为1000:1:1:1～100:1:1:1。
2.如权利要求1所述的四元复合超亲水涂层，其特征在于：所述的热处理过程为：
a)先在60-90℃烘烤5-15min；
b)再在150-200℃烘烤10-60min。
3.如权利要求1所述的四元复合超亲水涂层，其特征在于：所述的多金属氧酸盐中的金属为钼、钨、钒中的两种或三种。
4.如权利要求1所述的四元复合超亲水涂层，其特征在于：其表面电阻为106-109Ω，水接触角小于5°，水洗3000次后水接触角无变化，耐摩擦1万次后水接触角无变化。
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