CN116410622A - 一种环保型耐候结构色涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保型耐候结构色涂层及其制备方法。制备方法包括以下步骤：将尺寸均一的SiO2纳米微球分散于乙醇中；将少量炭黑超声分散于乙醇中；将上述两种溶液混合且超声均匀；将混合溶液均匀喷涂至基底表面，形成SiO2准光子晶体层；将水性树脂和水性固化剂进行混合搅拌后，再加入乙醇进行稀释后，将其喷涂在SiO2准光子晶体层上形成水性树脂层，静置一段时间后进行烘烤，制备出环保型耐候结构色涂层。本发明利用SiO2纳米微球组装成三维准光子晶体产生结构色，水性树脂保护SiO2准光子晶体结构从而得到涂层。此涂层两种原料都是环保的，且所制备出的环保型涂层具有很好的耐候性能，在工业领域有望取代传统涂层进行大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及环保型耐候结构色涂层及其制备方法。
背景技术
传统的涂层是由颜料和油性树脂构成，颜料中含有大量有机物颜料或者重金属物质，且油性树脂所用的有机溶剂都会对环境产生严重污染。在人类追求环境友好型社会的今天，环保型耐候涂层日益显示出其重要性，故开发一种环保型耐候结构色涂层的制备方法是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种环保型耐候结构色涂层及其制备方法。
本发明的一种环保型耐候结构色涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备出尺寸均一的SiO2纳米微球；
S2：先将一定质量的炭黑超声分散于乙醇中；
S3：将步骤S1制备的SiO2纳米微球分散于乙醇中，再与步骤S2制备的炭黑乙醇溶液超声混合均匀；
S4：将步骤S3得到的混合溶液均匀喷涂至基底表面，形成SiO2准光子晶体层；
S5：将水性树脂和水性固化剂以一定质量比进行混合搅拌后，再加入乙醇进行稀释后，将其喷涂在SiO2准光子晶体层上形成水性树脂层，静置一段时间后进行烘烤，制备出环保型耐候结构色涂层。
进一步的，步骤S3中，所述炭黑与SiO2纳米微球的质量比范围是0.01％-1％之间。
进一步的，所述SiO2准光子晶体层的厚度为1～10μm，所述SiO2准光子晶体层与水性树脂层的厚度比范围1：(1～10)。
进一步的，所述SiO2纳米微球的粒径为150～850nm。
进一步的，所述水性树脂包括水性环氧树脂或水性聚氨酯。
进一步的，所述水性树脂为水性环氧树脂EP203，所述水性固化剂为水性环氧固化剂。
进一步的，所述水性树脂、水性固化剂和乙醇的质量比为(5～15)：(1～5)：(6～20)。
进一步的，所述SiO2纳米微球与水性树脂的质量比为2％～10％。
进一步的，所述基底为玻璃、钢铁或木材。
进一步的，步骤S5中的烘干工艺为由室温经过10min上升至40℃，40℃保温10min，再由40℃用时25min上升至80℃，80℃保温30min。
进一步的，步骤S1中制备SiO2纳米微球的具体步骤如下：取一定量的乙醇和正硅酸乙酯溶液加入烧杯搅拌混合均匀，制得混合溶液A，放置备用；取一定量的乙醇、去离子水和氨水加入到另一个烧杯中搅拌混合均匀，制得混合溶液B；将配置好的混合溶液B快速加入到混合溶液A中，恒温搅拌反应后得到SiO2微球乳液；将得到的SiO2微球乳液离心分离后下层固体用去离子水和乙醇分别洗涤得到SiO2纳米微球。
如上述的制备方法制备的环保型耐候结构色涂层。
本发明利用SiO2纳米微球组装成三维准光子晶体产生结构色，水性树脂保护SiO2准光子晶体结构，从而得到环保型耐候涂层，即三维准光子晶体复合薄膜。SiO2纳米微球无毒无污染，将尺寸均一的SiO2微球喷在基底上会形成准光子晶体，由于准光子晶体具有光子禁带会阻止光的传播，从而会呈现出结构色(结构色是一种由光学尺度的微纳结构与光相互作用形成干涉、衍射或散射而产生颜色的物理生色现象)，因为没有化学色素的参与，结构色能够减少因大量使用色素或染料引发的环境污染；且与化学生色不同，它具有只要材料结构保持完整就永不褪色的特点。本发明中加入少量的炭黑能够增强结构色的显色效果。同时本发明所使用环氧树脂是一种以水或者乙醇作为溶剂的耐候型树脂(水性环氧树脂)，此种水性树脂表面拥有大量羟基使得它能分散于水中而不用分散于有机溶剂中，它在水中能形成均匀乳液，且具有不燃、气味小、不污染环境和操作加工方便等优点。本发明采用的SiO2纳米微球和水性树脂这两种原料都是环保的。
用于产生结构色的SiO2纳米微球化学性质稳定，水性树脂可以优选水性环氧树脂，SiO2属于无机物有一定耐候性能，水性环氧树脂也有一定的耐候性能，故此种新颖的环保型复合涂层具有良好的耐候性能。而且准光子晶体的光子禁带与晶格间距、微球大小和有效折射率等参数密切相关，通过调控SiO2微球粒径大小可以使得准光子晶体的光子禁带落在紫外区域对紫外光进行反射，进而会使得此复合薄膜具有更优的耐紫外和耐候性能。
通过对这种新型环保型涂层进行耐酸耐碱、耐甲苯以及耐紫外性能测试，它的耐酸碱性能为30天-60天，耐甲苯性能为50天-120天，耐紫外性能为10天-30天之间，此种结构色涂层具有很强的耐候性能。这种新颖的环保型复合涂层有望取代传统的以染料为主的污染型涂层，为以后此类环保型涂层大规模工业化应用提供技术支撑，将来大规模应用会对环境非常有帮助且具有极好的社会价值。
附图说明
图1是本发明实例1中由粒径为345nm的SiO2构成的准光子晶体结构色涂层图；
图2是本发明实例6中由粒径为315nm的SiO2构成的准光子晶体结构色涂层图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的实施例的SiO2纳米微球采用如下方法进行制备：
取一定量的乙醇和正硅酸乙酯溶液加入烧杯搅拌混合均匀，制得混合溶液A，放置备用。取一定量的乙醇、去离子水和氨水加入到另一个烧杯中搅拌混合均匀，制得混合溶液B。将配置好的混合溶液B快速加入到混合溶液A中。恒温搅拌反应12h后得到SiO2微球乳液。将得到的SiO2微球乳液离心分离。固液分离后将上层清液倒掉，下层固体用去离子水和乙醇分别洗涤三次后得到纯净SiO2纳米微球。
实施例1
将所合成的345nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将购买于北京金汇利化工制品有限公司EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15-20min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。
实施例2
将所合成的345nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入pH＝2的强酸溶液中连续浸泡35天进行耐酸测试。待其浸泡完成后取出观察其耐酸腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例3
将所合成的345nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入pH＝12的强碱溶液中连续浸泡35天进行耐碱测试。待其浸泡完成后取出观察其耐碱腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例4
将所合成的345nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入甲苯溶液中连续浸泡60天进行耐候测试。待其浸泡完成后取出观察其耐甲苯腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例5
将所合成的345nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放在紫外灯下(2×15Watt，365nm)连续照射14天，观察其耐紫外性能，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例6
将所合成的315nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15-20min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。
实施例7
将所合成的315nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入pH＝2的强酸溶液中浸泡35天进行耐酸测试。待其浸泡完成后取出观察其耐酸腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例8
将所合成的315nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入pH＝12的强碱溶液中浸泡35天进行耐碱测试。待其浸泡完成后取出观察其耐碱腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例9
将所合成的315nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放入甲苯溶液中浸泡60天进行耐候测试。待其浸泡完成后取出观察其耐甲苯腐蚀程度，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
实施例10
将所合成的315nm单分散性SiO2纳米微球超声分散于一定量的乙醇中，将相对于SiO2质量的0.04％的炭黑超声分散于乙醇中，然后将上述两种溶液混合超声分散均匀，利用喷涂法将其均匀的喷涂到玻璃衬底(基底)上组装成三维有序的准光子晶体。将EP203水溶性环氧树脂和水性环氧固化剂F-300以质量比为10：3进行混合搅拌均匀后，取适量混合溶液，用乙醇对它进行稀释，稀释比例为混合溶液：乙醇＝1：1。将稀释好的混合溶液均匀的喷涂到已组装好的准光子晶体结构色玻璃衬底上，静置15min后放入马弗炉中80℃烘烤30min即可制得环保型耐候结构色涂层。将所制备出的环保型耐候结构色涂层放在紫外灯下(2×15Watt，365nm)连续照射14天，观察其耐紫外性能，其颜色和涂层表面依旧保持完整。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备出尺寸均一的SiO2纳米微球；
S2：将一定质量的炭黑超声分散于乙醇中；
S3：将步骤S1制备的SiO2纳米微球超声分散于乙醇中，再与步骤S2中炭黑乙醇溶液超声混合均匀；
S4：将步骤S3得到的混合溶液均匀喷涂至基底表面，形成SiO2准光子晶体层；
S5：将水性树脂和水性固化剂以一定质量比进行混合搅拌后，再加入乙醇进行稀释后，将其喷涂在SiO2准光子晶体层上形成水性树脂层，静置一段时间后进行烘烤，可制备出环保型耐候结构色涂层。
2.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述炭黑与SiO2纳米微球的质量比范围是0.01％-1％之间。
3.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述SiO2准光子晶体层的厚度为1～10μm，所述SiO2准光子晶体层与水性树脂层的厚度比范围1：(1～10)。
4.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述SiO2纳米微球的粒径为150～850nm。
5.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述水性树脂包括水性环氧树脂或水性聚氨酯。
6.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述水性树脂为水性环氧树脂EP203，所述水性固化剂为水性环氧固化剂。
7.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：步骤S5中，所述水性树脂、水性固化剂和乙醇的质量比为(5～15)：(1～5)：(6～20)。
8.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述SiO2纳米微球与水性树脂的质量比为2％～10％。
9.如权利要求1所述的环保型耐候结构色涂层的制备方法，其特征在于：所述基底为玻璃、钢铁或木材。
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备的环保型耐候结构色涂层，其特征在于：耐酸耐碱性能30天-60天，耐甲苯性能50天-120天，耐紫外性能10天-30天。
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2023
- 2023-02-28 CN CN202310193643.1A patent/CN116410622A/zh active Pending
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