CN111849220A - 一种超硬耐磨易清洁纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超硬耐磨自清洁纳米涂料及其制备方法，该涂料包括A液、B液两个部分：A液主要成分为多巴胺、二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石分散液、B液为碱性缓冲溶液。本发明与现有技术相比，所制备的超硬耐磨易清洁纳米涂料在喷涂后可迅速成膜，所述膜具有超高硬度、超强亲水性及以耐磨性好，本发明产品可应用于玻璃、瓷质、金属、塑料、木材等多种材料表面，操作方便、成本低廉，适合医院、家庭、学校、商场等各类应用场景。

Description

一种超硬耐磨易清洁纳米涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，涉及一种超硬耐磨易清洁纳米涂料及其制备方法。

背景技术

涂料早已渗透进日常生活的各个角落，建筑物内外墙、家具、汽车、电器等的维护保养都离不开涂料的帮助。随着人民生活水平的不断提高，群众对于生活中各种用品也提出了更高的要求，这就包括硬度更好、耐磨性很强、更容易清洁的涂料。

现有技术中，申请号CN201480052442.9，发明名称“用于太阳能电池的纳米金刚石涂料”公开了一种用于太阳能电池的纳米金刚石涂料；具体公开了一种在太阳能电池上使用的纳米金刚石涂料，该涂料包括悬浮在液体中的纳米金刚石材料，其中该纳米金刚石材料具有从约1nm至约10nm的尺寸范围。并且提供了用于改进太阳能电池的效率的方法，这些方法包括将纳米金刚石材料与液体聚合物或非聚合物溶剂混合以形成纳米金刚石聚合物悬浮液，在太阳能电池的顶部表面上形成该悬浮液的涂层，并且干燥该涂层，这样使得干燥的纳米金刚石聚合物层保持与该太阳能电池相结合。有用的纳米金刚石涂料组合物可以包括纳米金刚石材料、氟聚合物、用于该氟聚合物的液体溶剂以及至少一种选自下组的添加剂，该组由分散剂、助黏附剂、和偶联剂组成。该氟聚合物还可以以水性分散体形式使用。

现在市场上常见的涂料往往存在容易脱落、禁不住摩擦、难以清洁的问题，给消费者带来较大的困扰。集高硬度、高耐磨性、易清洁于一体的高品质涂料成为产业发展的必然趋势。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷和改进技术，本发明提供一种超硬耐磨易清洁纳米涂料。

为实现本发明目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明公开的技术方案具体涉及一种超硬耐磨易清洁纳米涂料，所述超硬耐磨易清洁纳米涂料包括A液和B液两个部分；A液主要成分为多巴胺和二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石分散液；B液为碱性缓冲溶液。

进一步，本发明的技术方案中，所述超硬耐磨易清洁纳米涂料，A液为多巴胺混合二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石的水性分散液，其中，多巴胺质量占比为0.1％-50％之间，二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石质量占比为5％-50％，其余为水；优选的，多巴胺的质量百分比为2％。

进一步，本发明的技术方案中，所述超硬耐磨易清洁纳米涂料，A液中的多巴胺以盐酸多巴胺为原料，纳米金刚石原料为表面富含羟基的可分散纳米金刚石，粒径2-100nm，二异氰酸酯聚乙二醇，分子量为2000-20000；优选所述分子量包括但不限于2000、5000、10000或20000。

本发明还涉及一种超硬耐磨易清洁纳米涂料的制备方法，其中A液中的二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石制备方法为，取表面富含羟基的两种颗粒粒径大小差距较大的可分散纳米金刚石各1-20g,二异氰酸酯聚乙二醇1-50g,加水充分搅拌，常温下反应5-60min，离心，取沉淀晾干待用。反应如下所示：

其中，

表示粒径较小的表面富含羟基的可分散纳米金刚石，其表面含有羟基(—OH)；

表示粒径较大的表面富含羟基的可分散纳米金刚石，其表面含有羟基(—OH)；所述纳米金刚石粒径2-100nm。

进一步，本发明的技术方案中，所述超硬耐磨易清洁纳米涂料，B液为高浓度的碱性缓冲溶液，所述碱性缓冲溶液包括但不限于磷酸盐缓冲溶液、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液、硼砂-氢氧化钠缓冲溶液或Tris-HCl缓冲溶液，优选为1M磷酸盐缓冲溶液。

此外，本发明所述技术方案中超硬耐磨易清洁纳米涂料，其使用方法为使用前将A液与B液充分混匀，其中，B液占总体积的3％-10％,优选为5％，，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面。此外，优选的，所用二异氰酸酯聚乙二醇分子量为10000。

此外，优选的，所用两种表面富含羟基的可分散纳米金刚石的粒径分别为50nm和5nm。

此外，优选的，碱性缓冲溶液选用磷酸盐缓冲溶液。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明技术方案中，所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，相对于市面上常规的涂料产品，优势在于，选用了适合各种基材表面且易于成膜的多巴胺作为粘合剂，选用了两种不同大小的可分散表面富含羟基的纳米金刚石用于提高涂料的硬度及亲水表面的粗糙度。上述组分的复合大大提升了涂料的硬度、耐磨性及亲水性。

本发明技术方案中，所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其硬度达到10H级别、耐磨性好、同时超亲水，非常易于清洁，可涂覆在玻璃、瓷质、金属、塑料、木材等多种材质表面，操作方便、成本低廉，适合学校、医院、家庭、车站等各类应用场景。

为使本发明具体实施方式的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明的具体实施方式的实施实例，对本发明具体实施方式的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的具体实施方式是本发明的一部分具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于所描述的本发明的具体实施方式，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所制备的所有其它具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述，任何人在本发明权利要求保护范围之内所做的有限次修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。

在以下的实施例中，A液中的多巴胺以盐酸多巴胺为原料，购自淘宝网；纳米金刚石原料为表面富含羟基的可分散纳米金刚石，购自先丰纳米材料科技有限公司；二异氰酸酯聚乙二醇购自盖德化工网，分子量为10000。

实施例1：

一种用于金属表面的超硬耐磨易清洁纳米涂料，制备及应用方法如下：取分子量10000的二异氰酸酯聚乙二醇20g，分别取5g和2g粒径分别为50nm和5nm表面富含羟基的可分散纳米金刚石，加适量水混匀，充分搅拌，常温下反应60min，离心，取沉淀晾干即为二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石。取盐酸多巴胺2g，上述二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石10g，加水83g混合形成A液，配制pH 8.5的1M磷酸盐缓冲溶液5ml作为B液，将A液与B液充分混匀，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面，自然干燥即可。

实施例2：

一种用于玻璃表面的超硬耐磨易清洁纳米涂料，制备及应用方法如下：取分子量5000的二异氰酸酯聚乙二醇10g，分别取8g和4g粒径分别为100nm和20nm表面富含羟基的可分散纳米金刚石，加适量水混匀，充分搅拌，常温下反应50min，离心，取沉淀晾干即为二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石。取盐酸多巴胺1g，上述二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石15g，加水79g混合形成A液，配制pH 8.5的1M磷酸盐缓冲溶液5ml作为B液，将A液与B液充分混匀，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面，自然干燥即可。

实施例3：

一种用于金属表面的超硬耐磨易清洁纳米涂料，制备及应用方法如下：取分子量20000的二异氰酸酯聚乙二醇20g，分别取5g和2g粒径分别为50nm和5nm表面富含羟基的可分散纳米金刚石，加适量水混匀，充分搅拌，常温下反应5min，离心，取沉淀晾干即为二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石。取盐酸多巴胺2g，上述二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石10g，加水83g混合形成A液，配制pH 8.5的1M磷酸盐缓冲溶液5ml作为B液，将A液与B液充分混匀，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面，自然干燥即可。

实施例4：

一种用于玻璃表面的超硬耐磨易清洁纳米涂料，制备及应用方法如下：取分子量2000的二异氰酸酯聚乙二醇10g，粒径分别为100nm和20nm表面富含羟基的可分散纳米金刚石分别取8g和4g，加适量水混匀，充分搅拌，常温下反应15min，离心，取沉淀晾干即为二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石。取盐酸多巴胺1g，上述二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石15g，加水79g混合形成A液，配制pH 8.5的1M磷酸盐缓冲溶液5ml作为B液，将A液与B液充分混匀，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面，自然干燥即可。

本发明实施例1和2的产物超硬耐磨易清洁纳米涂料综合性能对照表

试验

将实施例1或2的产品超硬耐磨易清洁纳米涂料，分别涂覆于铝合金金属表面和普通玻璃表面，待自然干燥后，分别在所述涂覆了实施例1或2的产品超硬耐磨易清洁纳米涂料的金属表面或玻璃表面，分别滴上水滴和油滴，观察水滴和油滴的形状。可以观察到，应用于金属表面或玻璃表面，其亲水亲油效果相近，即金属表面的水滴和油滴的形状接近，表明水滴和油滴在该涂覆了本发明的超硬耐磨易清洁纳米涂料的金属或玻璃表面的表面张力相近。

以上结合实施例，对本发明技术方案的一个具体实施方式进行了进一步描述，此具体实施方案是为了对本技术方案的详细描述，而不是为了限制本技术方案。以上所述的具体实施方案，仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的技术构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通技术人员对本技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，所述涂料包括A液和B液两个部分：A液为多巴胺和二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石分散液；B液为碱性缓冲溶液。

2.根据权利要求1中所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，A液为多巴胺混合二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石的水性分散液，多巴胺质量占比为0.1％-50％之间，二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石质量占比为5％-50％，其余为水；优选的，多巴胺的质量百分比为2％。

3.根据权利要求1或2所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，A液中的多巴胺是以盐酸多巴胺为原料。

4.根据权利要求1或2所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，A液中的纳米金刚石为表面富含羟基的可分散纳米金刚石，粒径2-100nm；。

5.根据权利要求1或2所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，A液中二异氰酸酯聚乙二醇的分子量为2000-20000。

6.根据权利要求5所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，A液中二异氰酸酯聚乙二醇的分子量包括但不限于为2000、5000、10000或20000；优选的，所述二异氰酸酯聚乙二醇分子量为10000。

7.根据权利要求1中所述的一种超硬耐磨易清洁纳米涂料的制备方法，其特征在于，A液中的二异氰酸酯聚乙二醇改性的纳米金刚石制备包括，取表面富含羟基的两种颗粒大小差距较大的可分散纳米金刚石各1-20g,二异氰酸酯聚乙二醇1-50g,加水充分搅拌，常温下反应5-60min，离心，取沉淀晾干待用；优选，所用两种表面富含羟基的可分散纳米金刚石的直径分别为50nm和5nm。。

8.根据权利要求1中所述超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，B液为高浓度的碱性缓冲溶液，所述溶液碱性缓冲成分包括但不限于磷酸盐缓冲溶液、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液、硼砂-氢氧化钠缓冲溶液或Tris-HCl缓冲溶液；优选的，碱性缓冲溶液选用1M磷酸盐缓冲溶液。

9.根据权利要求1中所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，使用方法为使用前将A液与B液充分混匀，其中，B液占总体积的3％-10％,优选为5％，之后，迅速喷雾或涂抹于待处理的材料表面。

10.根据权利要求1所述的超硬耐磨易清洁纳米涂料，其特征在于，该涂料可涂覆在玻璃、木质、瓷质、金属、塑料等多种材质表面，适合医院、家庭、学校、商场等各类应用场景。