CN111822306B - 不锈钢纳米自洁净涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种不锈钢纳米自洁净涂层及其制备方法，所述涂层包括在不锈钢基材表面上的底涂层和在底涂层上的表涂层，其中，底涂层由底涂层涂料构成，表涂层由面涂层涂料构成；底涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：锆酸四丁酯10~20%；乙酰乙酸乙酯41~51%；异丙醇溶液22~32%；硅烷偶联剂7~17%；面涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：TiO2水分散液5~15%；水玻璃55~60%；BYK流平剂0.01~0.09%；消泡剂0.01~0.09%；蒸馏水24.9~34.9%；所述水玻璃的固含量范围为35~45%。本发明达到了通过湿毛巾简单擦拭或无需洗涤剂只用清水简单冲洗即可去除油污的技术效果，此外，还兼顾超强的附着力，耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢涂层技术领域，尤其涉及一种不锈钢纳米自洁净涂层及其制备方法。
背景技术
现有的不锈钢制品的表面油污黏附后有明显斑记，影响使用或美观。需要用类似洗洁精物质清洗，还需要清水擦拭，处理起来比较繁琐。另外，重油污情况，比如厨房油烟机，燃气灶台清理难度大，体验差。公共场所的不锈钢制品表面沾污后需要耗费大量的人力费时费力去保洁。
如若能让沾污后的不锈钢制品表面易清除，比如湿毛巾简单擦拭即可，则可大大改善使用体验和提升产品档次以及节省公共区域保洁成本和提高效率。
市场上现有的不锈钢自洁产品(防指纹涂料、疏水剂等等)普遍存在作用后效果不持久，主要原因是因为这些自洁涂料或喷剂都是简单喷洒到不锈钢表面后擦匀晾干，或者低温烘干后就使用。能起到自洁功能性的物质在后期使用过程中因附着不牢固轻易就会脱落从而慢慢失效。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种不锈钢纳米自洁净涂层及其制备方法，以达到具有超强附着力以及持久性的表面自洁功效的技术效果。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种不锈钢纳米自洁净涂层，包括在不锈钢基材表面上的底涂层和在底涂层上的表涂层，其中，底涂层由底涂层涂料构成，表涂层由面涂层涂料构成；底涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
锆酸四丁酯10～20％；
乙酰乙酸乙酯41～51％；
异丙醇溶液22～32％；
硅烷偶联剂7～17％；
面涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
TiO2水分散液5～15％；
水玻璃55～60％；
BYK流平剂0.01～0.09％；
消泡剂0.01～0.09％；
蒸馏水24.9～34.9％；
所述水玻璃的固含量范围为35～45％。
进一步地，所述锆酸四丁酯占底涂层涂料总质量的14.65％，乙酰乙酸乙酯占底涂层涂料总质量的46.16％，异丙醇溶液占底涂层涂料总质量的26.63％；硅烷偶联剂占底涂层涂料总质量的12.57％。
进一步地，所述TiO2水分散液占面涂层涂料总质量的10％；水玻璃占面涂层涂料总质量的60％；BYK流平剂占面涂层涂料总质量的0.05％；消泡剂占面涂层涂料总质量的0.05％；蒸馏水占面涂层涂料总质量的29.9％。
进一步地，所述水玻璃的固含量为40％。
相应地，本发明实施例还提供了一种不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，包括：
步骤1：选用预设比例的锆酸四丁酯与乙酰乙酸乙酯在异丙醇溶液中进行反应，保持温度在50℃～70℃之间，以预设搅拌速度搅拌，同时在反应过程中添加硅烷偶联剂使之形成锆与硅的水解螯合物溶液；经5um过滤得到底涂层涂料；
步骤2：采用后加工的方式，对不锈钢制品的表面进行清洁处理，再喷涂底涂层涂料，喷涂完成后放置到200～220摄氏度环境下烘烤25～35min，烘烤完成后常温放置，得到完成底层喷涂的不锈钢制品；
步骤3：选用光催化TiO2纳米材料和助剂调配分散液，按照TiO2固含量为25％～35％的范围调配分散液各成分比例，然后按照预设分散条件进行分散，得到TiO2水分散液，其中，所述助剂为BYK分散剂、BYK润湿剂及消泡剂中的一种或多种，预设分散条件为：纳米砂磨机转速1600～2400rpm，分散时间100～140min，2～8℃循环水冷却，研磨介质为1mm直径的ZrO2小球，体积填充量为50％；
步骤4：按预设混合比例将TiO2水分散液和水玻璃溶液进行混合，并添加流平助剂、消泡剂充分搅拌均匀，再经5um过滤，得到面涂层涂料；
步骤5：使用面涂层涂料对完成底层喷涂的不锈钢制品进行喷涂，喷涂完成后放置到200～260度环境下烘烤25～35min，完成整个涂层制备。
进一步地，步骤1中，锆酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯、异丙醇溶液的质量比为1：4：5。
进一步地，步骤1中，水解螯合物溶液中硅与锆mol比为0.6：1。
进一步地，在步骤3中的分散液中，按质量百分比，TiO2的含量为30％，BYK分散剂的含量为2％，BYK润湿剂的含量为1％，消泡剂的含量为0.05％，蒸馏水的含量为66.95％。
进一步地，在底涂层涂料中，按质量百分比，锆酸四丁酯的含量为14.65％，乙酰乙酸乙酯的含量为46.16％，异丙醇溶液的含量为26.63％；硅烷偶联剂的含量为12.57％。
进一步地，在面涂层涂料中，按质量百分比，TiO2水分散液的含量为10％；水玻璃的含量为60％；BYK流平剂的含量为0.05％；消泡剂的含量为0.05％；蒸馏水的含量为29.9％。
本发明的有益效果为：本发明基于不锈钢基材的表面特性，在不锈钢基材上并形成表观透明、牢固化学键结合的稳定底涂层；同时配套在底涂层上设计具有超亲水功效的纳米级面涂层涂料，使之能与底涂层形成牢固的化学键结合又能在表层充分发挥超亲水自洁的功效，进而达到通过湿毛巾简单擦拭或无需洗涤剂只用清水简单冲洗即可去除油污的技术效果。
附图说明
图1是本发明实施例的不锈钢纳米自洁净涂层的结构原理图。
图2是本发明实施例的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1，本发明实施例的不锈钢纳米自洁净涂层包括在不锈钢基材表面上的底涂层和在底涂层上的表涂层。底涂层为Zr复合SiO2纳米涂层，表涂层为SiO2复合TiO2纳米涂层。
底涂层由底涂层涂料构成，表涂层由面涂层涂料构成；底涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
锆酸四丁酯10～20％；
乙酰乙酸乙酯41～51％；
异丙醇溶液22～32％；
硅烷偶联剂7～17％。
请参照图1，底涂层涂料中的Zr(锆)与不锈钢中的Cr在200多度的烘烤温度下形成Zr-Cr金属键，该金属键，键能强，附着力好。
面涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
TiO2水分散液5～15％；
水玻璃55～60％；
BYK流平剂0.01～0.09％；
消泡剂0.01～0.09％；
蒸馏水24.9～34.9％；
所述水玻璃的固含量范围为35～45％。请参照图1，SiO2的表面存有大量的羟基，在200多度烘烤条件下，脱水，形成SiO2-O-SiO2化学键，该化学键非常牢固，具有超强的附着力，耐久性。
作为一种实施方式，所述锆酸四丁酯占底涂层涂料总质量的14.65％，乙酰乙酸乙酯占底涂层涂料总质量的46.16％，异丙醇溶液占底涂层涂料总质量的26.63％；硅烷偶联剂占底涂层涂料总质量的12.57％。
作为一种实施方式，所述TiO2水分散液占面涂层涂料总质量的10％；水玻璃占面涂层涂料总质量的60％；BYK流平剂占面涂层涂料总质量的0.05％；消泡剂占面涂层涂料总质量的0.05％；蒸馏水占面涂层涂料总质量的29.9％。
作为一种实施方式，所述水玻璃的固含量为40％。
请参照图2，本发明实施例的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，包括步骤1～步骤5。
底涂层涂料制备工艺，即步骤1：
选用一定比例[1：4：5]的锆酸四丁酯与乙酰乙酸乙酯在异丙醇溶液中进行反应，辅以一定的60℃左右温度条件，搅拌速度大约90rpm，时间大约30min，同时在反应过程中添加一定量的硅烷偶联剂(硅与锆mol比为0.6：1)使之形成锆与硅的水解螯合物溶液，经5um过滤后，得到底涂层涂料，将底涂层涂料常温密封保存备用。
底涂层的涂敷工艺，即步骤2：采用后加工的方式，对已成型的不锈钢制品的表面进行清洁处理(去油脂)，喷涂底涂层涂料后立即放置到200-220摄氏度恒温烤箱烘烤30min左右后取出放置常温后备用。请参照图1，底涂层涂料中的Zr(锆)与不锈钢中的Cr在200多度的烘烤温度下形成Zr-Cr金属键，该金属键，键能强，附着力好。
面涂层涂料制备工艺，即步骤3和步骤4：
步骤3：可采用本公司自主研发的光催化TiO2纳米材料，优选BYK水性分散剂、润湿剂、消泡剂，添加到蒸馏水中，然后进行超细纳米分散，分散条件约：纳米砂磨机转速2000rpm，分散时间2h，5℃循环水冷却，研磨介质为1mm直径的ZrO2小球，体积填充量为50％。通过上述条件不断优选实验，最终制得粒径100nm的TiO2水分散液。
步骤4：一定比例的上述水分散液和市场优选的水玻璃(Na2O·nSiO2)溶液进行混合，适量添加流平助剂、消泡剂等助剂后充分搅拌均匀，经5um过滤后，样品常温密封保存备用。
涂层涂敷工艺，即步骤5：
针对已涂敷好底涂层的半成品，使用面涂层涂料进行喷涂后立即放置到200-220℃恒温烤箱烘烤30min左右后取出。不锈钢纳米自洁净涂层样品完成制作。请参照图1，SiO2的表面存有大量的羟基，在200多度烘烤条件下，脱水，形成SiO2-O-SiO2化学键，该化学键非常牢固，具有超强的附着力，耐久性。
作为一种实施方式，步骤1中，锆酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯、异丙醇溶液的质量比为1：4：5。
作为一种实施方式，步骤1中，水解螯合物溶液中硅与锆mol比为0.6：1。
作为一种实施方式，在步骤3中的分散液中，按质量百分比，TiO2的含量为30％，BYK分散剂的含量为2％，BYK润湿剂的含量为1％，消泡剂的含量为0.05％，蒸馏水的含量为66.95％。
作为一种实施方式，在底涂层涂料中，按质量百分比，锆酸四丁酯的含量为14.65％，乙酰乙酸乙酯的含量为46.16％，异丙醇溶液的含量为26.63％；硅烷偶联剂的含量为12.57％。
作为一种实施方式，在面涂层涂料中，按质量百分比，TiO2水分散液的含量为10％；水玻璃的含量为60％；BYK流平剂的含量为0.05％；消泡剂的含量为0.05％；蒸馏水的含量为29.9％。
实施例：准备100*200*1mm不锈钢样板若干块，采用上述制备方法制作若干样品，其中样品中预留1/3区域为空白不喷涂涂层用于对比。
本发明实施例主要分两部分实验，A部分为底涂层锆硅比例实验；B部分为TiO2与SiO2比例实验。从中验证出最佳配方。
A)按照底涂层涂料中硅与锆的摩尔比。考虑到底涂层中主要为Zr系物质与不锈钢之间的化学键结构，则固定底涂层中可添加的最优Zr系物质量，逐步调整有机硅烷偶联剂进行对比实验，具体如下：
0.4：1为示例1；
0.6：1为示例2；
0.8：1为示例3；
1：1为示例4。
选定底涂层硅与锆的摩尔比【0.6：1】后，按照面涂层中质量比TiO2：SiO2进行以下实验验证：
1：0.5为示例5；
1：1为示例6；
1：1.5为示例7；
1：2为示例8；
1：2.5为示例9。
对制备的样板进行以下项目检测测试，测试结果如表1：
表1
经测试底涂层附着后，涂层附着力，耐刮伤性能结果如表2：
表2
本发明实施例应用在厨房用具(燃气灶、油烟机、不锈钢碗盆等)、公共场所的不锈钢座椅、扶手、公共电梯、广泛的机械设备不锈钢外表面等外表面，能够显著提升的不锈钢制品的外表面耐沾污性和易打理性。具体体现为：应用在厨房不锈钢制品时，厨房不锈钢制品表面的油渍易清除(湿毛巾即可或清水冲洗即可)；应用在公共场所的不锈钢座椅、扶手、电梯等等地方时，不锈钢表面的污渍尤其是指纹油渍沾污，通过湿毛巾简单擦拭即可干净。应用在不锈钢的机械设备外表面时，不锈钢表面的指纹油渍沾污通过湿毛巾简单擦拭即可干净。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (10)
1.一种不锈钢纳米自洁净涂层，其特征在于，包括在不锈钢基材表面上的底涂层和在底涂层上的表涂层，其中，底涂层由底涂层涂料构成，表涂层由面涂层涂料构成；底涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
锆酸四丁酯10~20%；
乙酰乙酸乙酯41~51%；
异丙醇溶液22~32%；
硅烷偶联剂7~17%；
所述底涂层涂料中的锆与不锈钢基材中的Cr在烘烤条件下形成Zr-Cr金属键；
面涂层涂料按质量百分比由以下组分组成：
TiO2水分散液5~15%；
水玻璃55~60%；
BYK流平剂0.01~0.09%；
消泡剂0.01~0.09%；
蒸馏水24.9~34.9%；
所述水玻璃的固含量范围为35~45%；
所述面涂层涂料中在烘烤条件下脱水形成SiO2-O- SiO2化学键。
2.如权利要求1所述的不锈钢纳米自洁净涂层，其特征在于，所述锆酸四丁酯占底涂层涂料总质量的14.65%，乙酰乙酸乙酯占底涂层涂料总质量的46.16%，异丙醇溶液占底涂层涂料总质量的26.63%；硅烷偶联剂占底涂层涂料总质量的12.57%。
3.如权利要求1所述的不锈钢纳米自洁净涂层，其特征在于，所述TiO2水分散液占面涂层涂料总质量的10%；水玻璃占面涂层涂料总质量的60%；BYK流平剂占面涂层涂料总质量的0.05%；消泡剂占面涂层涂料总质量的0.05%；蒸馏水占面涂层涂料总质量的29.9%。
4.如权利要求1所述的不锈钢纳米自洁净涂层，其特征在于，所述水玻璃的固含量为40%。
5.一种不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：选用预设比例的锆酸四丁酯与乙酰乙酸乙酯在异丙醇溶液中进行反应，保持温度在50℃~70℃之间，以预设搅拌速度搅拌，同时在反应过程中添加硅烷偶联剂使之形成锆与硅的水解螯合物溶液；经5 μ m 过滤得到底涂层涂料；
步骤2：采用后加工的方式，对不锈钢制品的表面进行清洁处理，再喷涂底涂层涂料，喷涂完成后放置到200~220摄氏度环境下烘烤25~35min，烘烤完成后常温放置，得到完成底层喷涂的不锈钢制品；
步骤3：选用光催化TiO2纳米材料和助剂调配分散液，按照TiO2固含量为25%~35%的范围调配分散液各成分比例，然后按照预设分散条件进行分散，得到TiO2水分散液，其中，所述助剂为BYK分散剂、BYK润湿剂及消泡剂中的一种或多种，预设分散条件为：纳米砂磨机转速1600~2400rpm，分散时间100~140min，2~8℃循环水冷却，研磨介质为1mm直径的ZrO2小球，体积填充量为50%；
步骤4：按预设混合比例将TiO2水分散液和水玻璃溶液进行混合，并添加流平助剂、消泡剂充分搅拌均匀，再经5 μ m 过滤，得到面涂层涂料；
步骤5：使用面涂层涂料对完成底层喷涂的不锈钢制品进行喷涂，喷涂完成后放置到200~260度环境下烘烤25~35min，完成整个涂层制备。
6.如权利要求5所述的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，锆酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯、异丙醇溶液的质量比为1：4：5。
7.如权利要求5所述的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，水解螯合物溶液中硅与锆mol比为0.6：1。
8.如权利要求5所述的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，在步骤3中的分散液中，按质量百分比，TiO2的含量为30%，BYK分散剂的含量为2%，BYK润湿剂的含量为1%，消泡剂的含量为0.05%，蒸馏水的含量为66.95%。
9.如权利要求5所述的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，在底涂层涂料中，按质量百分比，锆酸四丁酯的含量为14.65%，乙酰乙酸乙酯的含量为46.16%，异丙醇溶液的含量为26.63%；硅烷偶联剂的含量为12.57%。
10.如权利要求5所述的不锈钢纳米自洁净涂层的制备方法，其特征在于，在面涂层涂料中，按质量百分比，TiO2水分散液的含量为10%；水玻璃的含量为60%；BYK流平剂的含量为0.05%；消泡剂的含量为0.05%；蒸馏水的含量为29.9%。
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