CN112920707A - 一种超亲水硅质纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超亲水硅质纳米涂料及其制备方法，超亲水硅质纳米涂料由以下原料组成：纳米白炭黑、纳米二氧化钛、硅树脂、碱性硅酸盐、有机溶剂、流平剂、分散剂和成膜助剂。本发明制备的超亲水硅质纳米涂料不仅具有收缩率低，粘结强度高，亲水性好的特点，而且具有优异耐候性和耐磨性。该涂层具有更低的亲水角度、更好的硬度、更高的透光率、耐老化、耐酸碱及耐磨等优异性能，可适用于自清洁、防雾、防污、油水分离及光学、半导体电子学等领域。

Description

一种超亲水硅质纳米涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及超亲水涂料技术领域，具体为一种超亲水硅质纳米涂料及其制备方法。
背景技术
超亲水是指水滴与固体表面的接触角小于5°的界面情况，具有超亲水性的表面，当水蒸气在物体表面凝聚时会高度铺展，形成均匀的水膜。界面垂直放置时，水膜在重力作用下滑落，能够带走物体表面的灰尘或污渍，通过此方式将可以去除大部分有机/无机污渍，进而达到自清洁的效果。另外超亲水材料在防雾技术产品中也有较好应用。
目前超亲水材料一般是通过涂料实现的，在物体表面涂上一层超亲水涂料，就使物体产生超亲水的效果。现有技术中，专利CN 103881515 B公开一种超亲水有机硅涂料，通过有机硅树脂分子上化学接枝超亲水聚合物分子而制成；专利CN 105176293 B公开一种超亲水涂料，使用改性硅溶胶和乙烯基高分子单体反应制成；专利CN 108822712 B公开一种超亲水涂层剂，使用聚氨酯或聚酰胺树脂、表面活性剂、纳米粒子混合制成。以上技术都在一定程度上实现了超亲水性，但其涂层表面微结构的机械强度和耐久性还不理想，因此需要研发一种新型硅质纳米涂料来改善以上问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种超亲水硅质纳米涂料及其制备方法，以纳米白炭黑、纳米二氧化钛、硅树脂、碱性硅酸盐、有机溶剂、流平剂、分散剂和成膜助剂为主制备出具有良好的附着力、耐水性和持续亲水性效果的涂料。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案
一种超亲水硅质纳米涂料，由以下原料组成：
纳米白炭黑、纳米二氧化钛、硅树脂、碱性硅酸盐、有机溶剂、流平剂、分散剂和成膜助剂。
硅树脂在本发明中用作成膜剂，挥发后形成漆膜，且树脂中一般都含有羟基基团，具有一定的亲水效果；纳米白炭黑加入后可提升涂层的耐磨性，且粉体表面有多孔结构和羟基，提高亲水性；纳米二氧化钛在涂料表面形成超亲水性能的纳米微观结构；碱性硅酸盐加入后可以提升涂料的固化速度；流平剂能够有效提高涂料的流平性和均匀性；成膜助剂能够促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜；分散剂可以增加粉体填料在树脂体系中的相容性。
优选地，一种超亲水硅质纳米涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure BDA0003011166140000021
优选地，硅树脂为甲基苯基硅树脂、甲基硅树脂、环氧改性有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂中的至少两种。
优选地，纳米白炭黑为纳米级的沉淀法二氧化硅和气相二氧化硅中的一种，其比表面积为100-400m2/g。
优选地，纳米二氧化钛是经过十二烷基苯磺酸钠改性的纳米二氧化钛，其比表面积为100-400m2/g。
优选地，碱性硅酸盐是硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁或硅酸锂中的一种或几种。
优选地，有机溶剂是甲苯、正己烷、十甲基环五硅氧烷或六甲基二硅氧烷中的一种或几种。
一种超亲水硅质纳米涂料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将硅树脂、有机溶剂加入反应釜中，开启冷凝回流，加热搅拌均匀，搅拌速度120-160rpm，搅拌时间60-120min，温度70℃-80℃；
S2、向反应釜中加入纳米白炭黑、纳米二氧化钛和碱性硅酸盐，高速分散20-40min,搅拌速度200-300rpm，温度45℃-60℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、分散剂和成膜助剂加入反应釜中，搅拌均匀，得到超亲水硅质纳米涂料。
本发明的有益效果是：
本发明制备的超亲水硅质纳米涂料不仅具有收缩率低、粘结强度高、亲水性好等特点，而且具有优异耐候性和耐磨性。
该涂层具有更低的亲水角度、更好的硬度、更高的透光率、耐老化、耐酸碱及耐磨等优异性能，可适用于自清洁、防雾、防污、油水分离及光学、半导体电子学等领域。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例来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申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
一种超亲水硅质纳米涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
纳米白炭黑1份、纳米二氧化钛3份、硅树脂25份、碱性硅酸盐1份、流平剂0.1份、分散剂0.1份、成膜助剂0.1份、有机溶剂65份。
其中，硅树脂为重量比5：3：1的甲基硅树脂、聚甲基硅树脂和氨基硅树脂混合。
碱性硅酸盐是硅酸锂。
有机溶剂是正己烷。
实施例2
一种超亲水硅质纳米涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
纳米白炭黑5份、纳米二氧化钛10份、硅树脂40份、碱性硅酸盐2份、流平剂0.4份、分散剂0.4份、成膜助剂0.2份、有机溶剂80份。
其中，硅树脂为重量比4：3：1的甲基硅树脂、聚甲基硅树脂和氨基硅树脂混合。
碱性硅酸盐是硅酸钠。
有机溶剂是十甲基环五硅氧烷。
实施例3
一种超亲水硅质纳米涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
纳米白炭黑3份、纳米二氧化钛6份、硅树脂33份、碱性硅酸盐1.5份、流平剂0.3份、分散剂0.2份、成膜助剂0.15份、有机溶剂72份。
其中，硅树脂为重量比3：2：1的甲基硅树脂、聚甲基硅树脂和氨基硅树脂混合。
碱性硅酸盐是硅酸钾。
有机溶剂是六甲基二硅氧烷。
实施例1-3任一所述的一种超亲水硅质纳米涂料的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将硅树脂、有机溶剂加入反应釜中，开启冷凝回流，加热搅拌均匀，搅拌速度140rpm，搅拌时间90min，温度75℃；
S2、向反应釜中加入纳米白炭黑、纳米二氧化钛和碱性硅酸盐，高速分散30min,搅拌速度250rpm，温度50℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、分散剂和成膜助剂加入反应釜中，搅拌均匀，得到超亲水硅质纳米涂料。
对比例1
一种超亲水硅质纳米涂料，按重量份计，其由以下原料组成：
硅树脂33份、碱性硅酸盐1.5份、流平剂0.3份、分散剂0.2份、成膜助剂0.15份、有机溶剂72份。
其中，硅树脂为重量比3：2：1的甲基硅树脂、聚甲基硅树脂和氨基硅树脂混合。
碱性硅酸盐是硅酸钾。
有机溶剂是六甲基二硅氧烷。
与实施例3相比，对比例1不含纳米白炭黑、纳米二氧化钛。
对比例2
市售的一种超亲水涂料，其配方为：
改性丙烯酸乳液：34.3％、纳米二氧化硅：8.8％、水：29％、成膜助剂：7.9％、分散剂：4.3％、消泡剂：7.1％、流平剂：1.2％、钛白粉：3.3％、表面活性剂：4.1％。
性能测试
对实施例1-3提供的超亲水硅质纳米涂料、对比例1提供的超亲水硅质纳米涂料和对比例2提供的超亲水涂料进行性能测试，性能测试方法如下：
以PET膜为基材，在基材表面辊涂底漆，然后在底涂材料表面辊涂本发明的超亲水涂料，形成亲水涂层，涂层约为1-2μm，然后在150℃烘烤20S，然后对形成的超亲水涂层进行性能测试。
水接触角：采用上海中晨接触角测量仪JC2000D2进行测定。
耐沾污性及耐酸碱测试：按照GB/T9755-2001标准进行测定。
耐老化测试：按照GB/T1865-1997标准进行测定。
耐磨性测试(钢丝绒)：按照GB/T1768-1979标准进行测定。
测试结果如下表1。
Figure BDA0003011166140000061
由测试结果看来，本发明制备的超亲水硅质纳米涂料形成的涂层具有良好的具有更佳的亲水性能、耐老化、耐酸碱及耐磨等优异性能，效果不低于现有的超亲水涂料，不含纳米白炭黑、纳米二氧化钛的对比例1与实施例3相比，在耐酸碱性和耐磨性方面性能下降。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，由以下原料组成：
纳米白炭黑、纳米二氧化钛、硅树脂、碱性硅酸盐、有机溶剂、流平剂、分散剂和成膜助剂。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，按重量份计，其由以下原料组成：
Figure FDA0003011166130000011
3.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，所述纳米白炭黑为纳米级的沉淀法二氧化硅和气相二氧化硅中的一种，其比表面积为100-400m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，所述纳米二氧化钛是经过十二烷基苯磺酸钠改性的纳米二氧化钛，其比表面积为100-400m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，所述硅树脂为甲基苯基硅树脂、甲基硅树脂、环氧改性有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂中的至少两种。
6.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，所述碱性硅酸盐是硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁或硅酸锂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种超亲水硅质纳米涂料，其特征在于，所述有机溶剂是甲苯、正己烷、十甲基环五硅氧烷或六甲基二硅氧烷中的一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种超亲水硅质纳米涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、将硅树脂、有机溶剂加入反应釜中，开启冷凝回流，加热搅拌均匀，搅拌速度120-160rpm，搅拌时间60-120min，温度70℃-80℃；
S2、向反应釜中加入纳米白炭黑、纳米二氧化钛和碱性硅酸盐，高速分散20-40min,搅拌速度200-300rpm，温度45℃-60℃；
S3、关闭加热装置，再将流平剂、分散剂和成膜助剂加入反应釜中，搅拌均匀，得到超亲水硅质纳米涂料。
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