CN114381149B - 一种超亲水涂层材料组合物及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超亲水涂层材料组合物及其应用方法，该超亲水涂层材料组合物包括A组分和B组分，A组分包括纳米二氧化钛和可水解硅烷，B组分包括纳米二氧化硅，A组分中的纳米二氧化钛能够在紫外光照射下催化可水解硅烷水解并形成无机网状结构。本发明的超亲水涂层材料组合物的最终产物为无机物，耐久性和耐磨性更佳，通过利用二氧化钛在紫外光激发下来催化四烷氧基硅烷的水解，形成纯无机的网状结构，纳米二氧化硅嵌入该网状结构中，形成具有表面微结构的超亲水涂层材料组合物，不用酸、碱等催化剂，更加环保，纳米二氧化钛自身兼具亲水的效果，提高材料的亲水性，采用双组份，解决单组分不稳定、效果差的问题。
Description
技术领域
本发明属于超亲水自清洁技术领域，具体涉及一种超亲水涂层材料组合物及其应用方法。
背景技术
超亲水自清洁涂料在诸多领域具有广阔的应用前景，例如建筑物玻璃幕墙、汽车玻璃、光伏玻璃等。超亲水涂层在这些领域的应用可以减少人工/机械清洗的频率，利用超亲水自清洁的特点，利用降雨形成雨膜将灰尘带走，达到自清洁的目的。
现有超亲水涂层的技术方案中，多是采用改性丙烯酸类聚合物，添加有机硅烷、有机氟硅烷、硅烷偶联剂等有机物，形成超亲水表面。
中国发明专利，公开号CN108997879A，公开一种含氟超亲水自清洁涂料，由水溶性含氟嵌段共聚物制备而成。
中国发明专利，公开号CN109825156A，公开一种超亲水涂料及其制备方法，该超亲水材料通过以下步骤制备：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；将所述自交联改性丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。
中国发明专利，公开号CN111117377A，公开一种超亲水自洁涂料，其包括基底液、添加剂、抗氧化剂、去离子水，基底液由改性树脂、乙烯-醋酸乙烯(VAE)乳液、纳米二氧化钛光催化剂、1,2-丙二醇、二甲苯混合制成。
但是，有机物用作超亲水涂料时，通常耐候性较差，耐磨性也较差，特别应用于户外时会很快失去效果。因此，需要一种基于无机材料或耐候性较好的超亲水涂料来解决上述问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种超亲水涂层材料组合物及其应用方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种超亲水涂层材料组合物，包括A组分和B组分，所述A组分包括纳米二氧化钛和可水解硅烷，B组分包括纳米二氧化硅，A组分中的纳米二氧化钛在紫外光照射下能够催化可水解硅烷水解并形成无机的网状结构，纳米二氧化硅嵌入于无机的网状结构中。
进一步的，按重量份数计，A组分包括：
纳米二氧化钛1-10份
可水解硅烷1-10份
水20-100份。
进一步的，所述A组分的制备方法包括以下步骤：
将纳米二氧化钛溶解到水中，在紫外光照射下，缓慢滴加可水解硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应4-12h即可得到所需A组分。
进一步的，所述可水解硅烷为四烷氧基硅烷，所述纳米二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛，比表面积为50-300m2/g，粒径为5-100nm。
进一步的，所述纳米二氧化钛比表面积为150-300m2/g，粒径为5-25nm。
进一步的，所述可水解硅烷为四烷氧基硅烷，所述四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四(三甲基硅氧基)硅烷中的一种或多种的组合。
进一步的，所述B组分为纳米二氧化硅溶液，按重量份数计，B组分包括：
纳米二氧化硅1-10份
溶剂20-90份。
进一步的，所述纳米二氧化硅为线状纳米二氧化硅或球状纳米二氧化硅；所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、甲苯、二甲基甲酰胺、丙酮、丁醇中的一种或多种的组合。
进一步的，所述线状纳米二氧化硅的长度为30-500nm，所述球状纳米二氧化硅的粒径为5-100nm。
本发明还公开了一种超亲水涂层材料组合物的应用方法，包括以下步骤：
在使用前，先将A组分与B组分按照1：(0.1-10)的重量比进行充分混合，然后均匀涂布至基材表面，静置晾干或加热烘干即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本申请的涂层材料的最终产物为无机物，耐久性和耐磨性更佳；
2、通过利用纳米二氧化钛在紫外光激发下来催化四烷氧基硅烷的水解，形成纯无机的网状结构，利用纳米二氧化硅嵌入无机的网状结构中，形成具有表面微结构的超亲水涂层材料组合物，不用酸、碱等催化剂，更加环保；而且，二氧化钛自身兼具亲水的效果，提高材料的亲水性；
3、采用双组份，解决单组分不稳定、效果差的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明公开了一种超亲水涂层材料组合物，其组分包括A组分和B组分，按重量份数计，A组分包括：
纳米二氧化钛1-10份、可水解硅烷1-10份、水20-100份；
B组分为纳米二氧化硅溶液，按重量份数计，B组分包括：
纳米二氧化硅1-10份、溶剂20-90份；
本发明中，纳米二氧化钛能够在紫外光激发下来催化四烷氧基硅烷等可水解硅烷的水解，形成纯无机的网状结构，利用纳米二氧化硅嵌入该无机的网状结构中，得到超亲水涂层材料组合物，起到超亲水自清洁的作用。
纳米二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛，比表面积为50-300m2/g，粒径为5-100nm，优选的，纳米二氧化钛的比表面积为150-300m2/g，粒径为5-25nm。
可水解硅烷为四烷氧基硅烷，四烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四(三甲基硅氧基)硅烷中的一种或多种的组合。
纳米二氧化硅为线状纳米二氧化硅或球状纳米二氧化硅，其中，线状纳米二氧化硅的长度为30-500nm，线状纳米二氧化硅的长度优选为50-100nm，球状纳米二氧化硅的粒径为5-100nm，线状纳米二氧化硅的长度优选为10-50nm。
溶剂为水、乙醇、异丙醇、甲苯、二甲基甲酰胺、丙酮、丁醇中的一种或多种的组合。
本发明还公开了A组分的制备方法为：
将纳米二氧化钛溶解到水中，在紫外光照射下，缓慢滴加四烷氧基硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应4-12h。
另一方面，本发明还公开了超亲水涂层材料组合物的应用方法，在应用过程中，先将A组分和B组分按照1：(0.1-10)的重量比进行混合均匀，然后再涂布于基材表面，静置晾干或加热烘干即可，可以涂布于任何制品表面，尤其适合在玻璃制品等上使用，实现自清洁功能。
实施例1
一种超亲水涂层材料组合物，其组分包括A组分和B组分，按重量份数计，A组分包括：
纳米二氧化钛2g、四甲氧基硅烷2.5g、水100g；
B组分为纳米二氧化硅溶液，按重量份数计，B组分包括：
纳米二氧化硅1g、水90g。
纳米二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛，比表面积为150m2/g，粒径为10nm。
纳米二氧化硅为线状纳米二氧化硅，长度300nm。
本实施例公开的超亲水涂层材料组合物的应用方法，包括以下步骤：
步骤一、制备A组分
取2g纳米二氧化钛(粒径10nm，比表面积150m2/g)溶解到100g水中，在紫外光照射下，缓慢滴加2.5g四甲氧基硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应12h；
步骤二、制备B组分
取1g线状纳米二氧化硅(长度300nm)分散到90g水中，搅拌2h制备纳米二氧化硅分散液；
步骤三、A、B组分混合
将A、B组分按照1:2进行混合，充分搅拌混合，然后再涂布于已经清洁过的玻璃基材表面，60℃加热烘干。
实施例2
本实施例公开的超亲水涂层材料组合物的应用方法，包括以下步骤：
步骤一、制备A组分
取2g纳米二氧化钛(粒径5nm，比表面积300m2/g)溶解到100g水中，在紫外光照射下，缓慢滴加1g四甲氧基硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应12h；
步骤二、制备B组分
取1g线状纳米二氧化硅(长度100nm)分散到90g水中，搅拌2h制备纳米二氧化硅分散液；
步骤三、A、B组分混合
将A、B组分按照1:0.5进行混合，充分搅拌混合，然后再涂布。
余同实施例1。
实施例3
本实施例公开的超亲水涂层材料组合物的应用方法，包括以下步骤：
步骤一、制备A组分
取1g纳米二氧化钛(粒径5nm，比表面积300m2/g)溶解到90g水中，在紫外光照射下，缓慢滴加2g四乙氧基硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应12h。
步骤二、制备B组分
取1g球状纳米二氧化硅(粒径50nm)分散到100g水中，搅拌2h制备纳米二氧化硅分散液；
步骤三、A、B组分混合
将A、B组分按照1:2进行混合，充分搅拌混合，然后再涂布。
余同实施例1。
对比例1
未涂布的已经清洁过的玻璃基材。
对实施例1-3制备得到的三种含超亲水涂层材料组合物的玻璃和对比例1中无涂层的玻璃进行透光率测试、水接触角测试，透光率测试设备选用北京普析TU-1801分光光度计测试透光率，波长范围400-1100nm，水接触角测试设备选用晟鼎SDC-350，测试结果如表1所示。为验证自清洁效果，将对比例1和实施例1-3四组玻璃倾斜30°放置于空旷区域同一位置，观察3个月灰尘堆积情况(以+表示，+越多表示灰尘越多)。
表1
| 透光率(％) | 水接触角(°) | 表面灰尘(3个月) | |
| 对比例1 | 91.30 | 78 | +++ |
| 实施例1 | 90.21 | 7 | + |
| 实施例2 | 91.32 | 4 | + |
| 实施例3 | 91.24 | 4 | + |
分析测试数据可知，实施例1-3制备得到的三个有涂层的玻璃透光率与对照组相比，基本没有变化。水接触角测试，有涂层产品的水接触角均低于10°，具有超亲水效果。3个月的户外表面灰尘测试，可以看出实施例3个灰尘明显低于对比例1，具有自清洁效果。
未具体描述的部分采用现有技术即可，可直接市场购买得到，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种超亲水涂层材料组合物，其特征在于，包括A组分和B组分，所述A组分包括纳米二氧化钛和可水解硅烷，B组分包括纳米二氧化硅， A组分中的纳米二氧化钛在紫外光照射下能够催化可水解硅烷水解并形成无机的网状结构，纳米二氧化硅嵌入于无机的网状结构中；
按重量份数计，A组分包括：
纳米二氧化钛1-10份
可水解硅烷1-10份
水20-100份；
所述A组分的制备方法包括以下步骤：
将纳米二氧化钛溶解到水中，在紫外光照射下，缓慢滴加可水解硅烷，滴加完成后，在紫外光照射下，继续反应4-12h即可得到所需A组分；
所述可水解硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四（三甲基硅氧基）硅烷中的一种或多种的组合；
所述纳米二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛，比表面积为50-300m2/g，粒径为5-100nm；
所述纳米二氧化硅为线状纳米二氧化硅或球状纳米二氧化硅；
所述线状纳米二氧化硅的长度为30-500nm，所述球状纳米二氧化硅的粒径为5-100nm。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水涂层材料组合物，其特征在于，所述纳米二氧化钛比表面积为150-300m2/g，粒径为5-25nm。
3.根据权利要求1所述的一种超亲水涂层材料组合物，其特征在于，所述B组分为纳米二氧化硅溶液，按重量份数计，B组分包括：
纳米二氧化硅1-10份
溶剂20-90份。
4.根据权利要求3所述的一种超亲水涂层材料组合物，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、甲苯、二甲基甲酰胺、丙酮、丁醇中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种超亲水涂层材料组合物的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
在使用前，先将A组分与B组分按照1：（0.1-10）的重量比进行充分混合，然后均匀涂布至基材表面，静置晾干或加热烘干即可。
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