[發(fā)明專利]一種超親水氧化硅涂料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710697964.X
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN109535780A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李榮;金平實
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D7/61
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種超親水氧化硅涂料及其制備方法，包括：1～10%硅溶膠、1～10%納米二氧化硅粒子和醇溶劑，各組分質(zhì)量百分含量之和為100%。本發(fā)明中，所述超親水氧化硅涂料以酸催化水解硅酸酯形成的硅溶膠為結(jié)合劑、氧化硅納米粒子為填料組成。然后，通過噴涂、刮涂、提拉等方式涂覆在基板上（如玻璃、鋁片、不銹鋼、塑料制品等），在20～200℃條件下固化，形成超親水表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超親水氧化硅涂料及其制備方法，屬于超親水涂料及薄膜的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在高濕度環(huán)境中，汽車擋風玻璃以及后視鏡、交通指示牌、警示牌表面容易結(jié)霧，會對光線的透過造成很大的影響，影響駕駛員的視野；浴室玻璃及鏡片、照明器具結(jié)霧也會給人們生活帶來諸多不便。表面潤濕性是固體表面重要的物化性質(zhì)，通過液體的靜態(tài)或動態(tài)接觸角來衡量的。所謂超親水是指當水滴與固體表面的接觸角小于5°，具有超親水性的表面可使水蒸氣在基材表面凝聚時會高度鋪展，形成均勻的水膜，消除光線的漫反射，從而達到防霧效果。

目前的超親水防霧產(chǎn)品有表面活性劑類、硅氧類以及光致超親水(如：氧化鈦、氧化鋅等)。其中表面活性劑類的防霧劑，噴涂與玻璃表面后，與基材的附著力不強，容易被擦拭掉從而失去超親水效果，使用時間有限；光致超親水類防霧涂料，一般需要紫外光照才能起到超親水自潔凈的效果，無法在暗處使用；而硅氧類超親水涂料，由于硅氧鍵的接觸角接近0度，是超親水薄膜中常用的材料。Materials Letters 188(2017)316-318中LongqiangYe等人利用酸催化水解正硅酸乙酯獲得的硅溶膠，通過提拉法將涂覆在玻璃表面，在溫度為400℃以上的條件下熱處理2小時，獲得超親水薄膜，利用高溫出去了殘留在硅溶膠中未水解的R-O-Si，從而獲得超親水表面。如文獻Journal of Alloys and Compounds 699(2017)112-118中Reza Aghaei等人報道通過LBL法，先在玻璃表面沉積一層中空氧化硅納米粒子層，然后在表面沉積一層酸水解的硅溶膠層，在450℃下固化，獲得超親水防霧層。以上報道均存在熱處理溫度高的問題，不適合用于PET薄膜表面，而且工藝復(fù)雜，特別是LBL膜，需要均勻涂覆，操作麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有硅氧類超親水涂料存在熱處理溫度高、使用操作麻煩等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超親水氧化硅涂料及其制備方法。

一方面，本發(fā)明提供了一種超親水氧化硅涂料，包括：1～10％硅溶膠、1～10％納米二氧化硅粒子和醇溶劑，各組分質(zhì)量百分含量之和為100％。

本發(fā)明提出將二氧化硅納米粒子與酸催化氧化硅溶膠復(fù)合，以獲得一種超親水氧化硅涂料。其中，硅溶膠作為粘接劑，納米二氧化硅粒子作為填料。具體來說，硅酸酯由硅氧鍵和四個甲/乙氧基構(gòu)成，其自身是疏水的；水解后甲/乙氧基被羥基替換，并逐漸親水；同時羥基與羥基之間可以聚合，因此酸水解后硅溶膠是一種優(yōu)異的無機親水結(jié)合劑；二氧化硅納米粒子自身具有親水性，作為填料固化在薄膜中，可以提高薄膜表面的粗糙度，根據(jù)Cassie模型在親水界面，隨著表面粗糙度提高，接觸角降低，綜合二氧化硅自身親水特性，二者共同作用使得利用本涂料制備的薄膜具有超親水特性。而且還可以采用簡單的刮涂、噴涂和擦涂的方式作用在基材上，由于有機硅氧烷水解形成的硅羥基活性很大，甚至不需要催化劑也能彼此之間發(fā)生縮合，隨著溶劑的揮發(fā)后，硅羥基之間快速發(fā)生縮水聚合，因此在較低溫度下(20～200℃)，即、通過簡單的熱吹風就可以實現(xiàn)固化。

較佳地，所述硅溶膠為酸催化水解硅酸酯形成的硅溶膠，優(yōu)選所述硅酸酯為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一種或者其混合。較佳地，所述硅溶膠和納米氧化硅粒子的質(zhì)量比為1:5～5:1，優(yōu)選為1:4～4:1，更優(yōu)選為1:2～2:1。

較佳地，所述二氧化硅納米粒子的尺寸為3～50nm。

較佳地，所述硅溶膠的質(zhì)量百分比為1～2％。較佳地，所述二氧化硅納米粒子的質(zhì)量百分比為1～2％。