專利名稱：一種陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬陶瓷材料領(lǐng)域，涉及一種陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是開發(fā)一種可用于多種要求疏水自潔的陶瓷表面的氧化硅納米涂層。該涂層是以 氧化硅為涂層最終成分，經(jīng)溶膠-凝膠法制得，該涂層具有良好的疏水性和耐磨性。
目前陶瓷制品表面拒污的措施主要為拋光和表面活性劑修飾。但是，節(jié)水環(huán)保效果不很 明顯。根據(jù)"荷葉效應(yīng)"， 一些模仿其結(jié)構(gòu)的有機(jī)和無機(jī)涂層相應(yīng)出現(xiàn)，然而總是存在或原料 復(fù)雜，或耐磨性差等缺點(diǎn)使涂層的實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。急需研究丌發(fā)一種原料成分簡單、 耐磨性好的涂層，替代現(xiàn)有的疏水自潔涂層。
氧化硅(Si02)陶瓷材料熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，硬度高，透光性好，其作為陶瓷的 涂層幾乎對陶瓷本身的顏色沒有影響。但是氧化硅為瘠性料，即使在其位膠體狀態(tài)時也不易 較牢固的粘在陶瓷釉表面。除將陶瓷片表面盡量洗凈之外，同時加入N，N-二甲基甲酰胺以改 善硅膠的粘度。
.本發(fā)明采用溶膠-凝膠法，將膠體涂敷到已燒好的陶瓷片表面低溫煅燒和表面修飾，制備 耐磨性好、接觸角大、透光性好的陶瓷基體上疏水涂層，為應(yīng)用于多種要求疏水自潔的陶瓷 提供一種新型耐磨的疏水涂層，該涂層有望作為陶瓷疏水自潔的新涂層。國內(nèi)外在硅質(zhì)陶瓷 基體上疏水涂層方面的研究與應(yīng)用尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種耐磨、原料成分簡單、接觸角 大、透光性好的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法、
本發(fā)明的技術(shù)方案與技術(shù)特征為
本發(fā)明為一種陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于該涂層該涂層所用主要原
料及原料的體積比為A:正硅酸乙酯(TEOS):無水乙醇(ETOH一(2.5-3.5):(40-60)， B: TEOS:ETOH=(17-18):(20-30) ， C : A:B=(1.5-2.5):(0.5-1.5) ; TEOS:N，N- 二甲基甲酰胺 (C3H7NO)=(2-3):(2-3);三甲基氯硅垸(TMCS):正己烷K8-11 ):(89-92)。該涂層制備包括以下步 驟溶膠凝膠制備、膠體涂敷、涂層千燥、涂層煅燒、涂層修飾。
該涂層所用原料TEOS、 ETOH、 TMCS、正己烷、N,N-二甲基甲酰胺、乙二醇、磷酸均
3為分析純。
該涂層所用陶瓷片經(jīng)自來水、蒸餾水、磷酸水溶液以及超聲波多次清洗。 該涂層的制備方法將配比C的膠體涂敷到瓷片上并在6(TC千燥反復(fù)三次，在700-800'C 煅燒以上瓷片。
該涂層的表面修飾為將以上煅燒過的瓷片室溫下浸泡在(8-ll):(89-92)的三甲基氯硅烷的 正己烷溶液24h，取出將瓷片在50-60'C烘干箱中烘千。
本發(fā)明硅質(zhì)陶瓷基體上疏水涂層配料組成確定的技術(shù)思路為
Si02在自然界分布很廣，化學(xué)性質(zhì)亦很穩(wěn)定。Si02不溶于水也不跟水反應(yīng)，是酸性
氧化物，不與除氟、氟化氫和氫氟酸以外的鹵素、鹵化氫和氫鹵素以及硫酸、硝酸、高 氯酸作用。因此，Si02耐酸腐蝕能力強(qiáng)。
Si-O鍵一般是離子鍵和共價鍵各一半。對于純的Si02，其表現(xiàn)出來的晶體礦物結(jié)構(gòu)為石 英及其變體的架狀結(jié)構(gòu)。因此Si02的硬度高，耐磨性能好。
陶瓷釉面中含有60%以上的Si02，在適當(dāng)?shù)撵褵郎囟热菀缀屯繉又械募僑i02形成Si-0 鍵或其他有利于涂層和釉面結(jié)合牢固的化學(xué)鍵，有利于涂層在釉面的粘結(jié)牢固。
晶態(tài)二氧化硅主要存在于石英礦中。純石英為無色晶體，而無定形二氧化硅為白色 固體或粉末。因此，涂層不會影響陶瓷本身的顏色。 '
采用溶膠-凝膠法制得的粒子可達(dá)到納米級，大大降低煅燒溫度，且有利于在陶瓷表面制 備納米突起。使用該種方法制得的涂層非常薄，這也保證了涂層不會影響陶瓷本身的顏色。
綜上所述，本發(fā)明以正硅酸乙酯和無水乙醇為主要原料，利用溶膠-凝膠法制得納米級的 膠體，在較低的溫度下制備出耐磨、原料成分簡單、接觸角大、透光性好的陶瓷基體上疏水 涂層，該涂層有望應(yīng)用于建筑陶瓷，成為疏水自潔的陶瓷表面的更新涂層，并可應(yīng)用推廣金 屬、玻璃、航天、軍工等領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
涂層所用原料的體積比為正硅酸乙酯(TEOS):無水乙醇(ETOHM2.5-3.5):(40-60); TEOS:N，N-二甲基甲酰胺(<:3&^[0)=(2-3):(2-3);三甲基氯硅烷(TMCS):正己烷=(8-11 ):(89-92)， 涂層制備是將按以上比例制備的膠體涂到已清洗并干燥后的瓷片上，經(jīng)干燥和700-80(TC煅燒 后，用以上三甲基氯硅烷的正己垸溶液修飾燒后的表面并在50-60'C烘干。
修飾后的陶瓷涂層的(與水的)接觸角為90-100°，沒有涂層時瓷片亨特白度為88.33， 有涂層后的瓷片亨特白度為86.66。實(shí)施例2
涂層所用原料的體積比為正硅酸乙酯(TEOS):無水乙醇(ETOH)=(17-l8):(20-30); TEOS:N,N-二甲基甲酰胺(C3H7NO)-(2-3):(2-3):三甲基氯硅垸(TMCS):正己烷=(8-11):(89-92),
涂層制備是將按以上比例制備的膠體涂到已清洗并干燥后的瓷片上，經(jīng)干燥和700-800'C煅燒 后，用以上三甲基氯硅烷的正己烷溶液修飾燒后的表面并在50-60。C烘干。
修飾后的陶瓷涂層的(與水的)接觸角為100-110°，沒有涂層時瓷片亨特白度為87.56， 有涂層后的瓷片亨特白度為85.33。 .
實(shí)施例3
涂層所用原料的體積比為將實(shí)例1和實(shí)例2中的溶膠銜1.5-2.5):(0.5-1.5)的比例混合； TEOS:N,N-二甲基甲酰胺(C3H7NO)-(2-3):(2-3);三甲基氯硅烷(TMCS):正己烷氣8-ll):(89-92)，
涂層制備是將按以上比例制備的膠體涂到已清洗并干燥后的瓷片上，經(jīng)干燥和700-800'C煅燒 后，用以匕三甲基氯硅垸的正己垸溶液修飾燒后的表面并在50-60。C烘干。
修飾后的陶瓷涂層的(與水的)接觸角^120°,沒有涂層時瓷片亨特白度為86.68，有涂 層后的瓷片亨特白度為85.11。
權(quán)利要求
1、一種陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于該涂層該涂層所用主要原料及原料的體積比為A正硅酸乙酯(TEOS)∶無水乙醇(ETOH)＝(2.5-3.5)∶(40-60)，BTEOS∶ETOH＝(17-18)∶(20-30)，CA∶B＝(1.5-2.5)∶(0.5-1.5)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C3H7NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷(TMCS)∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)。該涂層制備包括以下步驟溶膠凝膠制備、膠體涂敷、涂層干燥、涂層煅燒、涂層修飾。
2、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于所用原料TEOS、 ETOH、 TMCS、正己烷、N,N-二甲基甲酰胺、乙二醇、磷酸均為分析純。
3、 如權(quán)利要求l所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于所用陶瓷片經(jīng)自 來水、蒸餾水、磷酸水溶液以及超聲波多次清洗。
4、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于將配比C的膠 體涂敷到瓷片上并在6(TC干燥反復(fù)三次。
5、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于煅燒溫度較低， 為700-800 °C。
6、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于涂層經(jīng)砂紙反復(fù) 摩擦若干次后，表面無明顯變化。
7、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于涂層突起的顯微 粒度達(dá)到20-50nm。
8、 如權(quán)利要求1所述的陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，其特征在于水滴與涂層的接 觸角0>12O°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷基體上疏水涂層及其制備方法，屬陶瓷材料領(lǐng)域。該涂層所用主要原料以及所用原料體積比為A正硅酸乙酯(TEOS)∶無水乙醇(ETOH)＝(2.5-3.5)∶(40-60)，BTEOS∶ETOH＝(17-18)∶(20-30)；TEOS∶N，N-二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)＝(2-3)∶(2-3)；三甲基氯硅烷∶正己烷＝(8-11)∶(89-92)。其制備方法是將上述A和B兩配方溶膠按體積比(1.5-2.5)∶(0.5-1.5)混合后涂于洗凈的陶瓷表面，700-800℃煅燒后用三甲基氯硅烷和正己烷的混合溶液進(jìn)行表面修飾并干燥。該涂層耐摩擦性比有機(jī)涂層強(qiáng)很多，可應(yīng)用于多種要求疏水自潔的陶瓷表面。
文檔編號C04B41/87GK101628827SQ20091015906
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者榜 張, 李瑞佼, 鄭占申, 閆培起 申請人:河北理工大學(xué)