CN115353766A - 一种疏水改性铯钨青铜粉体及超疏水隔热涂层的制备方法 - Google Patents

一种疏水改性铯钨青铜粉体及超疏水隔热涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，称取纳米铯钨青铜粉体放置在无水乙醇中搅拌均匀，然后用氨水调节铯钨青铜溶液的pH后再磁力搅拌；将疏水改性剂滴加到无水乙醇中，磁力搅拌后即得到疏水改性剂溶液；再将pH调节后的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌；最后将混合溶液离心洗涤烘干后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。本发明还公开了一种超疏水隔热涂层的制备方法。本发明用氨水调节铯钨青铜溶液的pH,其目的是增加铯钨青铜表面的活性位点，使得改性剂中的疏水键能够更容易引入到铯钨青铜的表面，从而提高其疏水改性效果。

Description

一种疏水改性铯钨青铜粉体及超疏水隔热涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及化工涂料领域，尤其涉及一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，还涉及一种超疏水隔热涂层的制备方法。
背景技术
据报道，太阳向地球辐射能量的50％来源于波段在780～2500nm范围的红外线，全球每年约有四分之一的能源用于建筑物和汽车的制冷和制热，这部分能耗中高达50％的热损失是由于门窗玻璃导致的。因此，门窗玻璃节能已成为实现全球建筑和汽车节能的重要途径之一。除此之外，为了使建筑物外墙和玻璃窗可以较长时间保持清洁，即使有落在上面的灰尘，雨水就可以将其冲掉，超疏水涂层的自清洁性就有此功能。因此，寻找到一种或多种同时具有优异的隔热和自清洁性能的涂层具有重要意义。实现自清洁效果，常见的技术手段是制备超疏水表面涂层。超疏水表面涂层是指水与相应表面的接触角大于150°，并且滚动角小于10°的涂层。
目前，关于超疏水隔热涂层的报告也有一些，但存在着一定的问题。在专利CN201811322257.3中，通过涂覆两层技术达到超疏水隔热效果，具体步骤为先涂覆一种具有隔热效果的氧化锡锑涂层，烘干后，再向隔热层涂覆一层由氟硅烷组成的疏水层，虽然这种涂覆多层技术来达到超疏水隔热效果，但其中的缺点在于工艺复杂。由于涂覆两种不同的功能的涂层，导致其涂料成本高；其次还要考虑层与层之间的粘结力问题；还要避免层与层之间发生反应，发生反应的话可能导致其涂层产生缺陷；在CN201410102223.9中，报道了一种由ATO为隔热功能性粉体制备的超疏水纳米隔热涂料，因选用的是ATO为隔热粉体，导致其隔热效果不是很好，因为ATO在波段为760nm-1400nm的近红外屏蔽效果差。目前对近红外吸收的材料中，铯钨青铜对近红外屏蔽范围更广，透明隔热效果更佳。关于用铯钨青铜做超疏水隔热涂层的报告不多。目前在公开的专利CN202110402810.X中，报道了一种钨青铜基的超疏水隔热涂料，通过直接使用疏水改性剂对钨青铜以及氧化硅两种粉体进行改性，然后加以溶剂及树脂进行涂膜，便得到超疏水隔热涂层。该方法加入了疏水改性的氧化硅目的是来辅助疏水改性后的钨青铜来构建微纳米复合结构，再配合低表面能的聚合物，三者共同作用下制备出隔热超疏水涂层。该专利中强调了单独改性的钨青铜很难达到超疏水效果，表明了铯钨青铜粉体的疏水改性效果不佳；再加上使用两种疏水改性粉体，增加了实验的复杂性以及原材料的成本。
在针对以上存在的问题以及目前超疏水隔热涂层的技术不足；在本发明中，提供了一种铯钨青铜的疏水改性的方法，仅仅需要疏水改性后的铯钨青铜一种粉体，制备的涂层就能达到超疏水和隔热效果，减少了工艺的流程步骤和工艺成本。该改性方法关键在于用氨水作为铯钨青铜疏水改性的催化剂，其目的是增加铯钨青铜表面的活性位点，使得改性剂中的疏水键能够更容易引入到铯钨青铜的表面，从而起到疏水改性目的。通过对比实验发现，不进行氨水催化处理，直接用改性剂改性的铯钨青铜的不具有疏水效果，所制备的涂层无超疏水性，接触角为127.8°。本发明所制备涂层的隔热效果优异，其次不需要通过多层膜结构来达到超疏水和隔热效果，降低了生产成本，况且所制备的涂层对基材的附着力较强，涂层表面的微纳米结构不容易被破坏，疏水效果及自清洁效果持久性较好。
发明内容
(1)要解决的技术问题
针对现有制备超疏水隔热涂层技术的不足，本发明的目的在于提供一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，以及一种超疏水隔热涂层的制备方法，意在解决目前制备的超疏水隔热涂层的隔热效果不佳、制备工艺复杂、使用的原材料较多、成本高；以及避免使用多层膜结构来达到超疏水隔热的效果，从而减少涂料成本；解决目前超疏水涂层的表面微纳米结构不耐刮擦，疏水效果不持久的问题。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，称取纳米铯钨青铜粉体放置在无水乙醇中搅拌均匀，然后用氨水调节铯钨青铜溶液的pH后再磁力搅拌；将疏水改性剂滴加到无水乙醇中，磁力搅拌后即得到疏水改性剂溶液；再将pH调节后的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌；最后将混合溶液离心洗涤烘干后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。用氨水调节铯钨青铜溶液的pH,其目的是增加铯钨青铜表面的活性位点，使得改性剂中的疏水键能够更容易引入到铯钨青铜的表面，从而提高其疏水改性效果。
作为优选，称取纳米铯钨青铜粉体放置在无水乙醇中搅拌均匀，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液的pH到7～9。
作为优选，将疏水改性剂滴加到20～30ml无水乙醇中，磁力搅拌30～50min，即得到疏水改性剂溶液。
作为优选，将pH调节后的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌4～6h；再将混合溶液离心后得到的粉体用水和无水乙醇依次洗涤，最后将洗涤后得到的粉体放入60℃烘箱中烘干，既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
作为优选，所述的疏水改性剂为全氟辛基三乙氧基氯硅烷、全氟己基乙基三氯硅烷、氟化-癸基多面低聚倍半硅氧烷、十四烷基三氯硅烷中的一种或者多种。
作为优选，所述的疏水改性剂与铯钨青铜之间的质量比为1:5～1:10。
一种超疏水隔热涂层的制备方法，将得到的疏水改性铯钨青铜粉体、溶剂、树脂以及助剂经搅拌后得到具有隔热功能的超疏水涂料，然后将涂料喷涂在基底上，烘干后即得到超疏水隔热涂层。
作为优选，在步骤二中,所述的疏水改性铯钨青铜粉体的质量占涂料体系的7％～16.4％，溶剂的质量占涂料体系的68.5％～71.4％，树脂的质量占涂料体系的13.7％～21.1％，助剂的质量占涂料体系的1.4％～2.9％；所述的疏水改性后的铯钨青铜与树脂之间的质量比为1:3～6:5。
作为优选，所述的溶剂为无水乙醇、甲基异丁酮、乙酸乙酯、丙二醇甲醚的一种或者是几种混合物。
作为优选，所述的树脂为有机硅树脂、聚二甲基硅氧烷、氟硅树脂、有机硅改性丙烯酸树脂的一种或者是几种混合物。
作为优选，所述的助剂为消泡剂、紫外吸收剂、固化剂、附着力促进剂的一种或者是几种混合物。
(3)本发明的特点及有益效果
本发明提供了一种对铯钨青铜粉体疏水改性的方法，该改性方法关键在于用氨水作为铯钨青铜疏水改性的催化剂，其目的是增加铯钨青铜表面的活性位点，使得改性剂中的疏水键能够更容易引入到铯钨青铜的表面，从而起到疏水改性目的。通过对比实验发现，不进行氨水催化处理，直接用改性剂改性的铯钨青铜的无疏水效果,所制备的涂层无超疏水效果，接触角只有127.8°。改性后的铯钨青铜粉体疏水效果优异；制备的超疏水隔热涂层的机械性能优异、耐刮擦性好、附着力好；水接触角为153.2°～160.1°，最大可见光透过率达到44％～60％，最大红外阻隔率达到70％～93％；且不需要加入其它的粉体来构建表面粗糙度；也不需要多层结构达到超疏水隔热的效果，相比于其他的超疏水隔热涂料，具有工艺简单、成本低、制备的涂层疏水和隔热效果好；再加上超疏水涂层的自清洁性，该超疏水隔热涂层将为节能减排发挥巨大作用。该涂层能广泛应用在一些光学玻璃制品上。
附图说明
图1为对比例1不加氨水进行改性的铯钨青铜所制备涂层的静态水接触角图。
图2为实施例1制备的具有隔热功能的超疏水涂层的静态水接触角图。
图3为对比例1和实施例1制备的涂层的分光光度计透过率曲线图。
图4为对比例1和对实施例1所制备的改性铯钨青铜粉体以及未改性铯钨青铜的水溶液图，其中a.未改性铯钨青铜粉体，b.不加氨水改性铯钨青铜粉体，c.加氨水改性铯钨青铜粉体。
具体实施方式
对比例1
步骤一：称取4g纳米铯钨青铜粉体放置在40ml无水乙醇中搅拌20min；取0.4g全氟辛基三乙氧基氯硅烷改性剂滴加到30ml无水乙醇中，再磁力搅拌40min后得到疏水改性剂溶液。然后将铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌6h，将混合溶液离心后得到的粉体用水和乙醇依次洗3遍，最后将洗涤后得到的粉体放入70℃烘箱中，烘干8h后既得到改性的铯钨青铜粉体。
步骤二：制备具有隔热功能的涂层
称取1g改性铯钨青铜粉体，5g甲基异丁酮，1g有机硅树脂以及0.1g附着力促进剂磁力搅拌1h后得到隔热涂料。然后将涂料用喷涂的方式喷涂在玻璃上，将喷涂过后的玻璃放入150℃的烘箱中烘干30min后即得到具有隔热功能的涂层。
实施例1
步骤一：纳米铯钨青铜粉体的疏水改性
称取4g纳米铯钨青铜粉体放置在40ml无水乙醇中搅拌20min，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液的pH到8，然后磁力搅拌30min；取0.4g全氟辛基三乙氧基氯硅烷改性剂滴加到30ml无水乙醇中，再磁力搅拌40min后得到疏水改性剂溶液。然后将经pH＝8的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌6h，将混合溶液离心后得到的粉体用水和乙醇依次洗3遍，最后将洗涤后得到的粉体放入70℃烘箱中，烘干8h后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
步骤二：制备具有隔热功能的超疏水涂层
称取1g疏水改性铯钨青铜粉体，5g甲基异丁酮，1g有机硅树脂以及0.1g附着力促进剂磁力搅拌1h后得到超疏水隔热涂料。然后将涂料用喷涂的方式喷涂在玻璃上，将喷涂过后的玻璃放入150℃的烘箱中烘干30min后即得到具有隔热功能的超疏水涂层。
实施例2
步骤一：纳米铯钨青铜粉体的疏水改性
称取4g纳米铯钨青铜粉体放置在50ml无水乙醇中搅拌20min，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液的pH到8，然后磁力搅拌30min；取0.8g全氟己基乙基三氯硅烷改性剂滴加到30ml无水乙醇中，再磁力搅拌40min后得到疏水改性剂溶液。然后将经pH＝8的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌4h，将混合溶液离心后得到的粉体用水和乙醇依次洗3遍，最后将洗涤后得到的粉体放入70℃烘箱中，烘干8h后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
步骤二：制备具有隔热功能的超疏水涂层
称取0.5g疏水改性铯钨青铜粉体，5g丙二醇甲醚，1.5g聚二甲基硅氧烷以及0.1g附着力促进剂磁力搅拌1h后得到超疏水隔热涂料。然后将涂料用喷涂的方式喷涂在玻璃上，将喷涂过后的玻璃放入150℃的烘箱中烘干30min后即得到具有隔热功能的超疏水涂层。
实施例3
步骤一：纳米铯钨青铜粉体的疏水改性
称取4g纳米铯钨青铜粉体放置在40ml无水乙醇中搅拌20min，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液的pH到9，然后磁力搅拌30min；取0.4g十四烷基三氯硅烷改性剂滴加到20ml无水乙醇中，再磁力搅拌50min后得到疏水改性剂溶液。然后将经pH＝9的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌4h，将混合溶液离心后得到的粉体用水和乙醇依次洗3遍，最后将洗涤后得到的粉体放入70℃烘箱中，烘干8h后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
步骤二：制备具有隔热功能的超疏水涂层
称取1.2g疏水改性铯钨青铜粉体，5g无水乙醇，1g有机硅改性丙烯酸树脂以及0.1g附着力促进剂磁力搅拌1h后得到超疏水隔热涂料。然后将涂料用喷涂的方式喷涂在玻璃上，将喷涂过后的玻璃放入150℃的烘箱中烘干30min后即得到具有隔热功能的超疏水涂层。
实施例4
步骤一：纳米铯钨青铜粉体的疏水改性
称取4g纳米铯钨青铜粉体放置在30ml无水乙醇中搅拌20min，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液的pH到7，然后磁力搅拌30min；取0.4g氟化-癸基多面低聚倍半硅氧烷改性剂滴加到20ml无水乙醇中，再磁力搅拌50min后得到疏水改性剂溶液。然后将经pH＝7的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌5h，将混合溶液离心后得到的粉体用水和乙醇依次洗3遍，最后将洗涤后得到的粉体放入70℃烘箱中，烘干8h后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
步骤二：制备具有隔热功能的超疏水涂层
称取0.8g疏水改性铯钨青铜粉体，5g乙酸乙酯，1g氟硅树脂以及0.2g附着力促进剂磁力搅拌1h后得到超疏水隔热涂料。然后将涂料用喷涂的方式喷涂在玻璃上，将喷涂过后的玻璃放入150℃的烘箱中烘干30min后即得到具有隔热功能的超疏水涂层。
对各实施例及对比例所制备涂层进行性能测试，结果如表1和图1-图4所示，通过对比实验发现，不进行氨水催化处理，直接用改性剂改性的铯钨青铜的仍然是亲水,所制备的涂层无超疏水效果，接触角只有127.8°。改性后的铯钨青铜粉体疏水效果优异；制备的超疏水隔热涂层的机械性能优异、耐刮擦性好、附着力好；水接触角约为153.2°～160.1°，最大可见光透过率达到44％～60％，最大红外阻隔率达到70％～93％；且不需要加入其它的粉体来构建表面粗糙度；也不需要多层结构达到超疏水隔热的效果。
表1.各实施例及对比例所制备涂层的的性能数据表
Figure BDA0003799357180000071
本发明的实施方式并不受上述实施案例的限制，其它的任何违背本发明的原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为本发明的等效置换方式，且都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，称取纳米铯钨青铜粉体放置在无水乙醇中搅拌均匀，用氨水调节铯钨青铜溶液的pH后继续搅拌；将疏水改性剂滴加到无水乙醇中，搅拌后即得到疏水改性剂溶液；再将pH调节后的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌；最后将混合溶液离心洗涤烘干后既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
2.根据权利要求1所述一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，称取纳米铯钨青铜粉体放置在无水乙醇中搅拌，然后滴加氨水，调节铯钨青铜溶液pH到7～9。
3.根据权利要求1所述一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，将疏水改性剂滴加到20～30ml无水乙醇中，磁力搅拌30～50min，即得到疏水改性剂溶液。
4.根据权利要求1所述一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，将pH调节后的铯钨青铜溶液逐滴加到疏水改性剂溶液中，边滴加边搅拌4～6h；最后将混合溶液离心后得到的粉体用水和无水乙醇依次洗涤，将洗涤后得到的粉体放入60～70℃烘箱中烘干，既得到疏水改性铯钨青铜粉体。
5.根据权利要求1所述一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，所述的疏水改性剂为全氟辛基三乙氧基氯硅烷、全氟己基乙基三氯硅烷、氟化-癸基多面低聚倍半硅氧烷、十四烷基三氯硅烷中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述一种疏水改性铯钨青铜粉体的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述的疏水改性剂与铯钨青铜之间的质量比为1:5～1:10。
7.一种超疏水隔热涂层的制备方法，其特征在于，将权利要求1-6任意一项得到的疏水改性铯钨青铜粉体、溶剂、树脂以及助剂经搅拌后得到具有隔热功能的超疏水涂料，然后将涂料喷涂在基底上，烘干后即得到超疏水隔热涂层。
8.根据权利要求7所述一种超疏水隔热涂层的制备方法，其特征在于，在步骤二中,所述的疏水改性铯钨青铜粉体的质量占涂料体系的7％～16.4％，溶剂的质量占涂料体系的68.5％～71.4％，树脂的质量占涂料体系的13.7％～21.1％，助剂的质量占涂料体系的1.4％～2.9％；所述的疏水改性后的铯钨青铜与树脂之间的质量比为1:3～6:5。
9.根据权利要求7所述一种超疏水隔热涂层的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述的溶剂为无水乙醇、甲基异丁酮、乙酸乙酯、丙二醇甲醚的一种或者是几种混合物。
10.根据权利要求7所述一种超疏水隔热涂层的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述的树脂为有机硅树脂、聚二甲基硅氧烷、氟硅树脂、有机硅改性丙烯酸树脂的一种或者是几种混合物。
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CN116695446A (zh) * 2023-07-12 2023-09-05 吴江市兴业纺织有限公司 一种具有红外屏蔽功能的面料及其制备方法
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