一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法.pdf

本发明公开一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，属于涂料技术领域。步骤：将乙醇、去离子水、甲酰胺、正硅酸四乙酯、钛酸丁酯混合均匀；用酸将溶液的pH调为1～2，反应，当反应结束后，陈化，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；在粉体中在氢氧化钠水溶液中进行反应，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸、甘油、乙烯-乙烯醇共聚物混合均匀后，进行球磨；将第3步球磨后得到的物料与乙醇、去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、聚乙二醇、聚乳酸、二乙醇胺、铝溶胶、表面活性剂混合，然后再进行高速分散，得到涂层材料。

权利要求书
1.  一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，将乙醇20～40份、去离子水5～10份、甲酰胺2～4份、正硅酸四乙酯5～10份、钛酸丁酯5～10份混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1～2，反应，当反应结束后，陈化，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液50～90份中进行反应，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸10～15份、甘油5～10份、乙烯-乙烯醇共聚物1～3份混合均匀后，进行球磨；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇30～40份、去离子水15～25份、N,N-二甲基甲酰胺6～12份、聚乙二醇7～14份、聚乳酸4～7份、二乙醇胺5～10份、铝溶胶7～10份、表面活性剂2～4份混合，然后再进行高速分散，得到涂层材料。

2.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，反应时间是12～36小时，反应温度是40～60℃。

3.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，陈化的温度是20～30℃，陈化的时间是100～200小时。

4.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第3步中，氢氧化钠水溶液的浓度是25～30wt%，反应时间是1～2小时，反应温度是30～45℃。

5.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第3步中，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速180～220r/min，球磨20～30h。

6.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，高速分散的步骤中的搅拌速度是2000～2500r/min。

7.  根据权利要求1所述的高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，其特征在于：所述的第4步中，铝溶胶的固含量是20%。

说明书一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法
技术领域
    本发明公开一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
氟碳铝板、玻璃幕墙等幕墙材料，因其装饰性强、工厂化生产、现场安装方便、容易更换回收等优点，在建筑外墙装饰方面获得越来越广泛的应用。但随着城市环境污染的加剧，装饰幕墙材料的污染也随之加剧。为了保证幕墙材料的装饰性，用于清洗建筑幕墙需要的成本也不断的增加，如需要消耗大量的水和人力成本。同时， 楼宇清洗保洁行业是一个新兴的多学科的技术领域，它包含着化学、物理、机械、生物学等学科知识的应用（如干冰清洗、激光清洗、真空清洗、无水清洗等）。随着科学的发展，近年来新型建筑材料不断问世，并广泛运用在楼宇的外墙装饰上，从而增加了清洗难度，对传统的清洗保洁、养护方法提出了新的挑战。纳米氧化钛涂层不仅具有自洁性，而且能有效地阻挡了紫外线直接作用于暴露在阳光下的幕墙、广告牌等有色涂料，减缓其退色而长期不易老化，让建筑物保持清新靓丽。
自清洁涂层本身是透明的，可和氟碳、玻璃、陶瓷涂料等配套使用，采用在线生产方式，自清洁涂料喷涂于外表面，升温固化后就会在幕墙表面形成稳定涂层，正常情况下形成的涂层是无色透明的隐形涂层，不会对下层装饰涂料的颜色产生影响。用于和大理石、乳胶漆配套时也可现场喷涂，常温自干。
发明CN102898875A公开了一种纳米自清洁抗菌涂层液以及应用，该涂层液为一种乙醇溶液，包含有粒径小于50nm的TiO2颗粒，以及V、Cr等新元素，可以把可见光、红外线转化为TiO2的激发光，达到纳米抗菌膜有无光线情况下均可工作的目的。发明CN103922802A涉及一种增透型超亲水氧化锌/二氧化钛复合纳米结构自清洁涂层及其制备方法。本发明采用水热的方法在基片表面生长一层300-800纳米的ZnO纳米线阵列结构薄膜，然后在ZnO的表面生长一层TiO2的纳米薄片。由于纳米线点阵之间存在大量空隙，从而该薄膜具有一定的减反增透特性。其透过率从基片的80％提高到85％以上。二氧化钛层的引入致使氧化锌纳米线阵列的接触角从原来的60°降低到10°左右。但是上述的涂层存在的一些问题是涂层与玻璃基材之间的附着力不高，长期使用后会出现涂层脱落的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：氧化钛自清洗涂层与玻璃基材之间的附着力不高，主要是通过对制备过程中的溶胶凝胶工艺进行改进实现。
技术方案：
一种高附着力的纳米自洁涂层材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、按重量份计，将乙醇20～40份、去离子水5～10份、甲酰胺2～4份、正硅酸四乙酯5～10份、钛酸丁酯5～10份混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1～2，反应，当反应结束后，陈化，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液50～90份中进行反应，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸10～15份、甘油5～10份、乙烯-乙烯醇共聚物1～3份混合均匀后，进行球磨；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇30～40份、去离子水15～25份、N,N-二甲基甲酰胺6～12份、聚乙二醇7～14份、聚乳酸4～7份、二乙醇胺5～10份、铝溶胶7～10份、表面活性剂2～4份混合，然后再进行高速分散，得到涂层材料。
所述的第2步中，反应时间是12～36小时，反应温度是40～60℃。
所述的第2步中，陈化的温度是20～30℃，陈化的时间是100～200小时。
所述的第3步中，氢氧化钠水溶液的浓度是25～30wt%，反应时间是1～2小时，反应温度是30～45℃。
所述的第3步中，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速180～220r/min，球磨20～30h。
所述的第4步中，高速分散的步骤中的搅拌速度是2000～2500r/min。
所述的第4步中，铝溶胶的固含量是20%。
有益效果
    本发明通过在氧化钛溶胶的制备过程中引入氧化硅纳米颗粒，使氧化硅颗粒可以与氧化钛颗粒形成良好的网络结构，接下来，再通过对氧化钛/氧化硅颗粒在氢氧化钠溶液中进行腐蚀，在氧化硅的表面形成微孔，再通过球磨的过程使氧化钛颗粒嵌入到氧化硅的表面坑中，进而提高了涂层与基材的附着力。
具体实施方式
实施例1
第1步、将乙醇20g、去离子水5g、甲酰胺2g、正硅酸四乙酯5g、钛酸丁酯5g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1，反应，反应时间是12小时，反应温度是40℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是20℃，陈化的时间是100小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液50g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是25wt%，反应时间是1小时，反应温度是30℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸10g、甘油5g、乙烯-乙烯醇共聚物1g混合均匀后，进行球磨，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速180r/min，球磨20h；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇30g、去离子水15g、N,N-二甲基甲酰胺6g、聚乙二醇7g、聚乳酸4g、二乙醇胺5g、固含量是20%的铝溶胶7g、表面活性剂2g混合，然后再进行2000r/min高速分散，得到涂层材料。
实施例2
第1步、将乙醇40g、去离子水10g、甲酰胺4g、正硅酸四乙酯10g、钛酸丁酯10g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为2，反应，反应时间是36小时，反应温度是60℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是30℃，陈化的时间是200小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液90g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是30wt%，反应时间是2小时，反应温度是45℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸15g、甘油10g、乙烯-乙烯醇共聚物3g混合均匀后，进行球磨，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速220r/min，球磨30h；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇40g、去离子水25g、N,N-二甲基甲酰胺12g、聚乙二醇14g、聚乳酸7g、二乙醇胺10g、固含量是20%的铝溶胶10g、表面活性剂4g混合，然后再进行2500r/min高速分散，得到涂层材料。
实施例3
第1步、将乙醇30g、去离子水7g、甲酰胺3g、正硅酸四乙酯8g、钛酸丁酯8g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1，反应，反应时间是20小时，反应温度是50℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是25℃，陈化的时间是150小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液70g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是28wt%，反应时间是2小时，反应温度是40℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸12g、甘油8g、乙烯-乙烯醇共聚物2g混合均匀后，进行球磨，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速200r/min，球磨25h；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇35g、去离子水20g、N,N-二甲基甲酰胺7g、聚乙二醇11g、聚乳酸5g、二乙醇胺7g、固含量是20%的铝溶胶8g、表面活性剂3g混合，然后再进行2000～2500r/min高速分散，得到涂层材料。
对照例1
与实施例3的区别在于：第3步中未进行球磨处理。
第1步、将乙醇30g、去离子水7g、甲酰胺3g、正硅酸四乙酯8g、钛酸丁酯8g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1，反应，反应时间是20小时，反应温度是50℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是25℃，陈化的时间是150小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液70g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是28wt%，反应时间是2小时，反应温度是40℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸12g、甘油8g、乙烯-乙烯醇共聚物2g混合均匀后，得到混合物；
第4步、将第3步得到的混合物与乙醇35g、去离子水20g、N,N-二甲基甲酰胺7g、聚乙二醇11g、聚乳酸5g、二乙醇胺7g、固含量是20%的铝溶胶8g、表面活性剂3g混合，然后再进行2000～2500r/min高速分散，得到涂层材料。
对照例2
与实施例3的区别在于：未加入铝溶胶。
第1步、将乙醇30g、去离子水7g、甲酰胺3g、正硅酸四乙酯8g、钛酸丁酯8g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1，反应，反应时间是20小时，反应温度是50℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是25℃，陈化的时间是150小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液70g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是28wt%，反应时间是2小时，反应温度是40℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸12g、甘油8g、乙烯-乙烯醇共聚物2g混合均匀后，进行球磨，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速200r/min，球磨25h；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇35g、去离子水20g、N,N-二甲基甲酰胺7g、聚乙二醇11g、聚乳酸5g、二乙醇胺7g、表面活性剂3g混合，然后再进行2000～2500r/min高速分散，得到涂层材料。
对照例3
与实施例3的区别在于：：第3步中未加入乙烯-乙烯醇共聚物。
第1步、将乙醇30g、去离子水7g、甲酰胺3g、正硅酸四乙酯8g、钛酸丁酯8g混合均匀；
第2步、用酸将溶液的pH调为1，反应，反应时间是20小时，反应温度是50℃，当反应结束后，陈化，陈化的温度是25℃，陈化的时间是150小时，陈化结束后，将物料烘干，得到粉体；
第3步、在粉体中在氢氧化钠水溶液70g中进行反应，氢氧化钠水溶液的浓度是28wt%，反应时间是2小时，反应温度是40℃，反应结束后，滤出固体，进行干燥，再与硬酯酸12g、甘油8g混合均匀后，进行球磨，球磨步骤是在行星球磨机中进行，转速200r/min，球磨25h；
第4步、将第3步球磨后得到的物料与乙醇35g、去离子水20g、N,N-二甲基甲酰胺7g、聚乙二醇11g、聚乳酸5g、二乙醇胺7g、固含量是20%的铝溶胶8g、表面活性剂3g混合，然后再进行2000～2500r/min高速分散，得到涂层材料。
性能试验
本发明提供的自洁增透涂层材料，在制备工序中，静置24小时后，即完成了陈化，可以用于涂层用途。将实施例和对照例所得的涂层材料静置陈化24小时后，采用提拉法涂膜于K9玻璃上，提拉速率为10cm∕min，自干后即可使用。
表1 透光率试验结果
 基片实施例1实施例2实施例3对照例1对照例2对照例3透光率(1053 nm处)91.1%95.5%95.1%96.5%94.3%96.1%95.9%
从表中可以看出，在施加了本发明提供的涂层材料后，基片的透光率得到了提升了，对照例1中由于未经过球磨的工序，导致了透光率也逊于实施例3。
采用划格法GB/T9286-1998对涂层的附着力进行检测
表2 附着力性能试验结果
 实施例1实施例2实施例3对照例1对照例2对照例3附着力0级0级0级1级0级0级
从表中可以看出，实施例3相对于对照例1增加了球磨的工艺，提高了附着力。
表3 自洁特性参数

从表3中可以看出，本发明提供的涂层材料施加于基片上后，对甲醛具有良好的降解率。另外，经过紫外光的照射后，基片表面的接触角由未经照射时的72℃左右变为1～2℃左右，说明其对于有机物产生了分解作用，可以减少有机物在表面的残留。