[發明專利]用水玻璃制備超疏水二氧化硅涂層

有效

• 申請號: 201210291263.3
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102795787A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 王英;楊聲;趙明
• 申請（專利權）人: 定西師范高等專科學校
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種由水玻璃制備超疏水二氧化硅涂層的方法，特別是一種簡便而且低成本的在常溫常壓和不需有機溶劑的條件下由水琉璃制備超疏水二氧化硅涂層的方法。

發明背景

如果用低表面能材料形成類似于荷葉的微/納米級二重粗糙結構，使涂層表現出荷葉效應，實現涂層表面的自清潔性能。因而超疏水涂料的制備是荷葉效應涂料開發的一個重要方向。

二氧化硅本身是親水性的，為使其實現超疏水性，需要對其表面用低表面能的物質進行有機化改性；另一方面，還使其具有類似于荷葉表面的微觀粗糙度。

水玻璃的主要成分是硅酸鈉，在稀釋和降低堿性的條件下，可形成二氧化硅粒子。在由水玻璃制備二氧化硅時，一般需除去其中的鈉離子，除去鈉離子的方法或采用離子交換法，或采用有機溶劑置換法。US20100172815采用水玻璃作為二氧化硅原料，采用堿性有機硅烷(如六甲基二硅氮烷)作為有機硅改性劑，將水玻璃稀釋至二氧化硅含量為1～10％的溶液，加入有機硅烷，得到水凝膠，然后用有機溶劑置換其中的水，鈉離子則溶解于水中被除去。將含有有機溶劑的二氧化硅凝膠干燥后得到二氧化硅粉體，這種粉體具有超疏水性。

本發明采用簡便的方法，將水玻璃溶液用有機硅進行改性，得到的混合物在玻璃片或水泥板表面干燥后得到的涂層在電子顯微鏡下可以看到微/納米二重微觀粗糙構造，涂層具有超疏水性。將混合物干燥后也可得到超疏水粉體。無需對水玻璃進行脫除鈉離子的處理。

發明內容

本發明采用水玻璃作為原料，將水玻璃稀釋，加入有機硅的水解液，形成懸濁液。將懸濁液涂在玻璃片或金屬片上，在空氣中干燥后，得到的表面涂層水接觸角達150°以上，具有超疏水性。

采用本發明的方法，由水玻璃制備超疏水涂層時，無需使用有機溶劑，工藝簡單環保。

本發明采用水玻璃水原料制備超疏水涂層的具體方法如下：

A.將有機硅組分在充分攪拌條件下溶解于水中，形成質量百分比濃度為5～20％有機硅的水溶液；

B.將水玻璃用水稀釋至質量百分比濃度為10～25％的水玻璃溶液；

C.在攪拌作用下將B步驟所得水玻璃的溶液加入A步驟所得的有機硅溶液中，形成白色懸濁液。

D.將C步驟所得的白色懸濁液涂在需要涂覆的材料表面，在空氣中室溫干燥后即得超疏水性涂層。

其中，A步驟所述有機硅是指R₁Si(OR₂)₃，R₁可以是-CH₃，-CH₂CH₃；R₂是指-CH₃或-CH₂CH₃。有機硅在水中的溶液濃度為質量百分比濃度5～20％，溶解狀態可以是完全溶解，也可以部分溶解形成乳濁液。

B步驟所述水玻璃可以是通過固體硅酸鈉溶解而得到，也可以是工業水玻璃溶液。硅酸鈉和水玻璃的模數范圍為1～3.3。

C步驟中水玻璃溶液與有機硅溶液的質量比為1∶8～30。

D步驟所述的超疏水性是指水接觸角大于150°。

具體實施方式

下面的實施例可以進一步說明本發明，但不以任何方式限制本發明。

【實施例1】

取固體硅酸鈉(Na₂SiO₃·9H₂O，模數為1)5克，溶于45克水中，形成質量百分比濃度為10％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH₃Si(OCH₃)₃)2克，溶于38克水中，充分攪拌溶解，形成5％有機硅溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機硅的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。

【實施例2】

取固體硅酸鈉(Na₂SiO₃·9H₂O，模數為1)10克，溶于40克水中，形成質量百分比濃度為20％的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基硅烷(CH₃Si(OCH₃)₃)2克，溶于38克水中，充分攪拌溶解，形成5％有機硅溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機硅的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面干燥后，得到的涂膜具有超疏水性。

【實施例3】