CN111732892A - 一种家居纳米自清洁涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB‑SiO2 30‑60份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷5‑15份、纳米稀土氧化物1‑3份、引发剂0.3‑0.7份、偶联剂0.5‑1.5份、氨基改性富勒烯0.1‑0.6份、含氟硼酸复合物粒子0.5‑1.5份、溶剂40‑65份。本发明还公开了所述家居纳米自清洁涂料的制备方法。本发明公开的家居纳米自清洁涂料自清洁效果好，粘结强度高，耐候性和性能稳定性优异，使用安全环保。

Description

一种家居纳米自清洁涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种家居纳米自清洁涂料及其制备方法。
背景技术
自清洁涂料是指可以用在基材表面，依靠涂料本身所具有的疏水和亲水物理特性，能够起到防污和易洁作用的涂料。近年来，随着人们对家居环境要求越来越高，对用于家居装饰装潢的家居涂料也需要具有自清洁的功能，于是，家居自清洁涂料进入了人们的视线，它的一出现便成为人们关注的焦点，具有非常高的市场潜能，是涂料市场上的明星产品。
目前，市面上的自清洁涂料主要有疏水性、清水性和光催化三类，疏水性涂料主要是在表面形成荷叶式的覆盘子结构或利用疏水的聚合物在表面获得大的润湿角，亲水性涂料则主要利用材料自身的亲水特性，光催化涂层主要是利用材料自身对太阳能吸收后产生的光生载流子实现对污染物的光降解。现有技术中的自清洁涂料多为单一功能涂料，有的是疏水性涂料，优点是清水性涂料，有的则是将二氧化钛材料直接加入涂料中实现其光催化性质，不仅材料的消耗量大，成本高，涂料中的其他成分还影响材料的性质，基于这种情况，家居自清洁环保涂料具有很好的应用前景。
随着纳米技术发展，出现了纳米自清洁涂料，纳米二氧化钛型超亲水自洁涂料，其特点是超亲水、防霉抗菌，但是也存在一个非常明显的缺点，就是抗油污能力较弱。除此之外，其成膜性、与基材的粘结性能、耐候性等均需进一步改善。
申请号为201510064846.6的中国发明专利公开了一种新型的纳米自清洁涂料和含有所述涂料形成的涂层的自清洁玻璃，所述涂料包括以下组分：(a)二氧化硅纳米粒子；(b)聚硅氧烷；(c)锐钛矿型二氧化钛；(d)纳米致孔剂和(e)溶剂B。
该发明的自清洁玻璃具有提高的自清洁能力和较高的透光率，同时还具有增强的超亲水性和防雾性，适用性更广。然而，该涂料还或多或少存在粘结强度不高，耐候性不佳，性能稳定性有待进一步提高的缺陷。
因此，开发一种自清洁效果好，粘结强度高，耐候性和性能稳定性优异的家居纳米自清洁涂料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进家居涂料行业的发展具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种家居纳米自清洁涂料及其制备方法，该制备方法制备工艺简单，操作控制方便，施工容易，劳动强度低，对设备和反应条件要求不高，生产效率高，适合工业化生产，具有较高的推广应用价值；通过这种制备方法制备得到的家居纳米自清洁涂料自清洁效果好，粘结强度高，耐候性和性能稳定性优异，使用安全环保。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO230-60份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷5-15份、纳米稀土氧化物1-3份、引发剂0.3-0.7份、偶联剂0.5-1.5份、氨基改性富勒烯0.1-0.6份、含氟硼酸复合物粒子0.5-1.5份、溶剂40-65份。
优选的，所述溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、乙二醇、4-羟基-4-甲基-2-戊酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种的组合。
优选的，所述含氟硼酸复合物粒子的制备方法，参见申请号为201580012993.7的中国发明专利实施例1。
优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述纳米稀土氧化物的粒径为500-800目。
优选的，所述纳米稀土氧化物为纳米氧化钇、纳米氧化镧、纳米氧化钬、纳米氧化铈中的至少一种。
优选的，所述氨基改性富勒烯的粒径为1000-1300目。
优选的，所述侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷的制备方法，参见申请号为201410469378.6的中国发明专利实施例4。
优选的，所述纳米杂化超支化聚合物HB-SiO2的制备方法，参见申请号为201910425260.6的中国发明专利实施例1。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除引发剂以外的各原料混合均匀后，再向其中加入引发剂，常温搅拌30-50分钟，后静置1-3小时，得到家居纳米自清洁涂料。
本发明的再一个目的，在于提供一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在80-90℃下干燥固化2-4小时，即可。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1)本发明的所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，将各原料直接混合均匀均匀后即可，无需特殊的操作、复杂的流程和专门的工艺设备，该制备方法制备工艺简单，操作控制方便，施工容易，劳动强度低，对设备和反应条件要求不高，生产效率高，适合工业化生产，具有较高的推广应用价值。
(2)本发明的所述家居纳米自清洁涂料，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO230-60份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷5-15份、纳米稀土氧化物1-3份、引发剂0.3-0.7份、偶联剂0.5-1.5份、氨基改性富勒烯0.1-0.6份、含氟硼酸复合物粒子0.5-1.5份、溶剂40-65份。各原料协同，合理配置含量，使得制备得到的家居纳米自清洁涂料自清洁效果好，粘结强度高，耐候性和性能稳定性优异，使用安全环保。
(3)本发明的所述家居纳米自清洁涂料，选用纳米杂化超支化聚合物HB-SiO2而不是传统的纳米二氧化硅，由于表面引入活性羟基和超支化结构，改善了其与基材的粘结性能及其与其他成分的相容性，使得涂料性能稳定性更佳。同时也提高了纳米二氧化硅的超亲水性能，使得其自清洁性能得到较大程度地改善。
(4)本发明的所述家居纳米自清洁涂料，侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷的引入能改善相容性、性能稳定性、耐候性和自洁性能；纳米稀土氧化物和含氟硼酸复合物粒子的引入赋予光催化和疏水性自洁的性能，使得涂料使用更加安全环保。
(5)本发明的所述家居纳米自清洁涂料，侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷与氨基改性富勒烯在固化阶段环氧基与氨基反应固化，且原料中含有乙烯基结构的原料在固化过程中在引发剂的作用下发生交联固化反应，形成三维网络结构，有效改善了涂层的综合性能。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例所述原料均为商业购买；所述含氟硼酸复合物粒子的制备方法，参见申请号为201580012993.7的中国发明专利实施例1；所述侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷的制备方法，参见申请号为201410469378.6的中国发明专利实施例4；所述纳米杂化超支化聚合物HB-SiO2的制备方法，参见申请号为201910425260.6的中国发明专利实施例1。
实施例1
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO230份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷5份、纳米稀土氧化物1份、偶氮二异丁腈0.3份、硅烷偶联剂KH5500.5份、氨基改性富勒烯0.1份、含氟硼酸复合物粒子0.5份、乙醇40份。
所述纳米稀土氧化物的粒径为500目；所述纳米稀土氧化物为纳米氧化钇。
所述氨基改性富勒烯的粒径为1000目。
一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除偶氮二异丁腈以外的各原料混合均匀后，再向其中加入偶氮二异丁腈，常温搅拌30分钟，后静置1小时，得到家居纳米自清洁涂料。
一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在80℃下干燥固化2小时，即可。
实施例2
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO240份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷8份、纳米稀土氧化物1.5份、偶氮二异庚腈0.4份、硅烷偶联剂KH560 0.7份、氨基改性富勒烯0.2份、含氟硼酸复合物粒子0.7份、异丙醇45份。
所述纳米稀土氧化物的粒径为600目；所述纳米稀土氧化物为纳米氧化镧。
所述氨基改性富勒烯的粒径为1100目。
一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除偶氮二异庚腈以外的各原料混合均匀后，再向其中加入偶氮二异庚腈，常温搅拌35分钟，后静置1.5小时，得到家居纳米自清洁涂料。
一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在83℃下干燥固化2.5小时，即可。
实施例3
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO245份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷10份、纳米稀土氧化物2份、偶氮二异丁腈0.5份、硅烷偶联剂KH5701份、氨基改性富勒烯0.4份、含氟硼酸复合物粒子1份、丙酮55份。
所述纳米稀土氧化物的粒径为650目；所述纳米稀土氧化物为纳米氧化钬。
所述氨基改性富勒烯的粒径为1150目。
一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除偶氮二异丁腈以外的各原料混合均匀后，再向其中加入偶氮二异丁腈，常温搅拌40分钟，后静置2小时，得到家居纳米自清洁涂料。
一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在85℃下干燥固化3小时，即可。
实施例4
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO255份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷14份、纳米稀土氧化物2.5份、引发剂0.6份、偶联剂1.4份、氨基改性富勒烯0.5份、含氟硼酸复合物粒子1.4份、溶剂63份。
所述溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、乙二醇、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3:2:3:1混合而成；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合而成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比2:3:1混合而成。
所述纳米稀土氧化物的粒径为750目；所述纳米稀土氧化物为纳米氧化钇、纳米氧化镧、纳米氧化钬、纳米氧化铈按质量比1:2:3:2混合而成。
所述氨基改性富勒烯的粒径为1250目。
一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除引发剂以外的各原料混合均匀后，再向其中加入引发剂，常温搅拌48分钟，后静置2.8小时，得到家居纳米自清洁涂料。
一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在88℃下干燥固化3.7小时，即可。
实施例5
一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO260份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷15份、纳米稀土氧化物3份、偶氮二异庚腈0.7份、硅烷偶联剂KH560 1.5份、氨基改性富勒烯0.6份、含氟硼酸复合物粒子1.5份、4-羟基-4-甲基-2-戊酮65份。
所述纳米稀土氧化物的粒径为800目；所述纳米稀土氧化物为纳米氧化铈；所述氨基改性富勒烯的粒径为1300目。
一种所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除引发剂以外的各原料混合均匀后，再向其中加入引发剂，常温搅拌50分钟，后静置3小时，得到家居纳米自清洁涂料。
一种所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在90℃下干燥固化4小时，即可。
对比例1
本例提供一种家居纳米自清洁涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是用纳米二氧化硅替代纳米杂化超支化聚合物HB-SiO2。
对比例2
本例提供一种家居纳米自清洁涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷。
对比例3
本例提供一种家居纳米自清洁涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加纳米稀土氧化物。
对比例4
本例提供一种家居纳米自清洁涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加氨基改性富勒烯。
对比例5
本例提供一种家居纳米自清洁涂料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加含氟硼酸复合物粒子。
对上述实施例1-5以及对比例1-5所得家居纳米自清洁涂料进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
从表1可以看出，本发明实施例公开的家居纳米自清洁涂料，附着力为5B，而对比例为3B-4B；耐水性7-11d，而对比例4-5d；自洁性能3.6-4.2°，而对比例8.0-8.5°；中性盐雾性能无锈蚀，可见，本发明实施例公开的家居纳米自清洁涂料综合性能较对比例好，这是纳米杂化超支化聚合物HB-SiO2、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷、纳米稀土氧化物、氨基改性富勒烯和含氟硼酸复合物粒子协同作用的结果。
表1
Figure BDA0002575341180000071
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，由如下重量份计的各原料制成：纳米杂化超支化聚合物HB-SiO230-60份、侧基为环氧基和丙烯酸乙酯基的含有大环结构的超支化聚硅氧烷5-15份、纳米稀土氧化物1-3份、引发剂0.3-0.7份、偶联剂0.5-1.5份、氨基改性富勒烯0.1-0.6份、含氟硼酸复合物粒子0.5-1.5份、溶剂40-65份。
2.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、乙二醇、4-羟基-4-甲基-2-戊酮和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述纳米稀土氧化物的粒径为500-800目。
6.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述纳米稀土氧化物为纳米氧化钇、纳米氧化镧、纳米氧化钬、纳米氧化铈中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述氨基改性富勒烯的粒径为1000-1300目。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述家居纳米自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将除引发剂以外的各原料混合均匀后，再向其中加入引发剂，常温搅拌30-50分钟，后静置1-3小时，得到家居纳米自清洁涂料。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种家居纳米自清洁涂料，其特征在于，所述家居纳米自清洁涂料的使用方法，包括如下步骤：将所述家居纳米自清洁涂料均匀涂覆于基材上，然后在80-90℃下干燥固化2-4小时，即可。
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