一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠及制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠及制備方法，所述用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠按質(zhì)量百分比計(jì)算，由0.1-10%納米TiO2溶膠、0.1-20%硅酸鈉、0.1-5%氧化鈰溶膠、0-0.1%著色劑和余量的水或乙醇和水組成的混合溶液組成。其制備方法即首先采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠、然后制備Ce2O3溶膠，然后在納米TiO2溶膠中加入硅酸鈉、Ce2O3溶膠，攪拌均勻再加入著色劑，最后加入余量的水或乙醇和水組成的混合溶液，即得用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠。其用于彩涂板的涂覆得到的納米涂層具有抗老化、耐沾污、耐腐蝕等性能，可延長彩涂板使用壽命。
【專利說明】一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠及制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠及制備方法和其在形成抗老化、耐沾污納米涂層中的應(yīng)用，屬于納米功能材料與環(huán)保材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]彩涂板是近三十年國際上迅速發(fā)展起來的一種新型帶鋼預(yù)涂產(chǎn)品，具有裝飾性、成型性、抗腐蝕性，廣泛用于建筑物外裝材(屋頂材、墻壁材)和內(nèi)裝材料(壁材，天花板材，隔板，防火門)已及建筑附屬材料(窗板，招牌，家電用品)等。但在工業(yè)區(qū)、沿海地區(qū)或霧霾嚴(yán)重地區(qū)，由于受到空氣中煙塵顆粒、二氧化硫氣體或鹽分的作用，彩涂板表面的彩色涂層腐蝕老化嚴(yán)重。尤其是在強(qiáng)烈陽光照射的情況下，雨水和空氣中二氧化硫等污染物加速彩涂板老化，色彩退去，變得暗淡無光，最終出現(xiàn)腐蝕銹斑，影響使用壽命和美觀。中國專利CN 201020176047.0公開了一種自清潔彩涂板的制備方法，采用多層(化學(xué)轉(zhuǎn)化層、防腐環(huán)氧層、聚酯色漆層、自清潔涂層)復(fù)合的形式，解決由于彩涂板表面吸附，形成污染層和污垢等問題。中國技術(shù)發(fā)明專利CN 201310534688.7公開了一種耐腐蝕的熒光彩涂板，基板上依次有稀土耐腐層、底涂層及面涂層，其中面涂層材料為無機(jī)聚氨酯熒光涂料，稀土耐腐層為含稀土的鋅鋁合金。但這些方法并不能解決彩涂板易老化褪色的問題。
[0003]納米TiO2作為新型環(huán)保材料，對(duì)環(huán)境中各種污染物有顯著的去除效果，已引起世界范圍內(nèi)的 廣泛關(guān)注。納米二氧化鈦是一種具有光催化活性的半導(dǎo)體材料，在大于其帶隙能光照條件下，TiO2可去除大氣中氮氧化物NOx和SO2等有毒氣體。同時(shí)，納米二氧化鈦薄膜表面具有超親水特性，又使其表面具有了防霧、易洗、易干等功能。作為自清潔涂層廣泛用于玻璃(CN 02150721.X，CN 102649623 A, CN 101538125 B,CN 101602933 A)、陶瓷面磚(CN 100402161 C)、家用電器(CN 1216102 C)等領(lǐng)域。但TiO2自清潔涂層在使用過程中存在諸多問題:(I)涂有二氧化鈦溶膠的基體需經(jīng)過熱處理，來制備穩(wěn)定晶型的TiO2,并提高涂層與基體間結(jié)合力。這對(duì)于無法進(jìn)行高溫?zé)崽幚砘w，如彩涂板，該工藝方法不適用。同時(shí)，熱處理工藝增加能耗，加大了生產(chǎn)成本；(2)光照條件直接影響TiO2涂的催化作用和親水性；(3)灰塵或難揮發(fā)物質(zhì)會(huì)滲入漆膜表面的空隙中，使耐久性不理想；(4)由于1102顆粒細(xì)小，在水溶液中容易團(tuán)聚、晶型不穩(wěn)定，而影響其活性，在實(shí)用過程中面臨很大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是為了解決上述的溶膠易于團(tuán)聚、不耐久及需要光照和熱處理等技術(shù)問題而提供一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，該納米溶膠適用于彩涂板上形成抗老化、耐沾污的納米涂層。由于納米溶膠中含有TiO2和SiO2溶膠二元薄膜并添加鈰氧化物，因此提高納米涂層的親水性和界面結(jié)合力。
[0005]本發(fā)明的目的之二在于提供上述的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠的制備方法。[0006]本發(fā)明的目的之三在于將上述一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠在形成抗老化、耐沾污納米涂層中進(jìn)行應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)原理
本發(fā)明的具有抗老化耐沾污的納米涂層所用的納米溶膠涂覆后所形成的涂層中，由于含有適量的SiO2用以提高TiO2薄膜的光催化活性和親水性，主要是由于硅的添加增加了TiO2薄膜的表面酸度。在二元系統(tǒng)的氧化物中，SiO2改性的TiO2具有最高的表面酸性，表面酸性的提高不僅可以在表面形成更好的吸附位。同時(shí)薄膜表面的羥基含量增加，使水在復(fù)合薄膜表面的潤濕角下降，親水能力增強(qiáng)。此外，在SiO2-TiO2 二元系統(tǒng)中，不同配位態(tài)間的鈦、硅原子的相互作用和替代，可穩(wěn)定T1-O結(jié)構(gòu)，抑制TiO2銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變以及晶粒的長大，晶粒的細(xì)化使其具有更大的比表面積，進(jìn)而使吸附能力增強(qiáng)，親水性進(jìn)一步改善。
[0008]稀土鈰元素的加入能顯著改善涂層的塑性和與基體的黏附性，形成致密的薄膜，防止涂層開裂或剝落，并有助于提高涂層的高溫氧化與耐腐蝕性能。而且，向SiO2-TiO2溶膠中添加一定量鈰氧化物活性組分，起到減緩晶粒長大、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的作用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠0.1-10%
硅酸鈉0.1-20%
氧化鈰溶膠0.1-5%
著色劑0-0.1%
余量為水或乙醇和水組成的混合溶液；
所述的乙醇和水組成的混合溶液中，水和乙醇按體積比計(jì)算，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:1-3 ;
所述的納米TiO2溶膠、娃酸鈉、氧化鋪溶膠的顆粒大小均為2-15nm ；
所述的著色劑為水溶性品藍(lán)染料，其含量優(yōu)選為0.01-0.1%。
[0010]上述的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠
將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，配制成0.1M鈦酸四丁酯無水乙醇溶液，在磁力攪拌條件下加入為上述無水乙醇體積的0.1倍的去離子水，以氨水調(diào)節(jié)PH值至溶液中形成膠體，再攪拌20min，陳化1-2天，制備出凝膠，粉碎凝膠，加入去離子水，得到固含量為20%的納米TiO2水溶液，即納米TiO2溶膠；
(2)、Ce2O3溶膠的制備
將金屬鈰的硝酸鹽，溶解在去離子水中，得到金屬鈰離子的濃度為0.1mM-1M的硝酸鈰水溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH為3-10后，加入聚乙烯烷酮，得到的溶液中含聚乙烯烷酮的質(zhì)量百分比濃度為0.1-0.2%，然后室溫乳化3-30min，得顆粒在2_15nm的Ce2O3溶膠；
(3)、在步驟(1)所得的納米TiO2溶膠中加入硅酸鈉，然后加入步驟(2)所得的Ce2O3溶膠，攪拌均勻，再加入著色劑，攪拌均勻，最后加入余量的水或乙醇和水組成的混合溶液，即得用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠。
[0011]上述所得的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，適用于彩涂板的涂覆得到具有抗老化、耐沾污的納米涂層，其涂覆的方式可采用滾涂、噴涂或壓涂的方式直接地涂覆在彩涂板的表面，涂覆完成后采用自然風(fēng)干或采用熱風(fēng)吹干，所得的具有抗老化、耐沾污的納米涂層的厚度為100-400nm。
[0012]本發(fā) 明的有益技術(shù)效果
本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，可實(shí)現(xiàn)耐沾污、保色、抗腐蝕功能。
[0013]本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，制備過程中通過添加稀土鈰氧化物，制備穩(wěn)定晶型的TiO2，從而提高其用于在彩涂板上形成的涂層與彩涂板間的結(jié)合力，并且無需熱處理，因此，不僅簡化工藝，而且適用范圍更廣并節(jié)約成本，解決了二氧化鈦溶膠的基體需經(jīng)過熱處理，來制備穩(wěn)定晶型的TiO2的問題。
[0014]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，制備過程中通過添加適量的SiO2,因此可改善無光照條件下TiO2涂層的親水性，使涂層表面的耐沾污性不受光照限制，解決了現(xiàn)有技術(shù)必需在光照條件才體現(xiàn)出TiO2涂層的催化作用和親水性的問題。
[0015]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，制備過程中由于采用納米溶膠，其顆粒大小為2-15nm，使得涂層表面致密，無孔洞，灰塵或難揮發(fā)物質(zhì)不能滲入漆膜表面的空隙中，具有良好的持久性，解決了目前涂層由于灰塵或難揮發(fā)物質(zhì)會(huì)滲入漆膜表面的空隙降低使用耐久性的問題。
[0016]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，制備過程中由于添加稀土鈰的氧化物和二氧化硅穩(wěn)定晶型，使納米溶膠不發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，可穩(wěn)定存儲(chǔ)半年以上，解決了目前TiO2溶膠易于團(tuán)聚、晶型不穩(wěn)定的問題。除此之外，本發(fā)明的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，涂覆工藝方法采用常規(guī)方法，包括噴涂、輥涂、壓涂等方法，操作簡單方便，成本低廉、綠色環(huán)保，且易于批量生產(chǎn)。
[0017]進(jìn)一步，采用本發(fā)明的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠直接地涂抹在彩涂板表面，在太陽光照射下便具有良好的親水性和光催化性，可提高彩涂板的耐污潰能力和抗老化性能，使彩涂板更加經(jīng)久耐用，長時(shí)間使用不易褪色。這樣的彩涂板會(huì)長久如新，美觀，不隨時(shí)間的變遷而喪失它的光輝。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例1
一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下:
納米TiO2溶膠10%
硅酸鈉1%
氧化鈰溶膠5%余量為乙醇和水組成的混合溶液；
所述的乙醇和水組成的混合溶液，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:1 ；
所述的納米TiO2溶膠的顆粒大小為2-8nm ；
氧化鈰溶膠的顆粒大小為2-15nm。
[0020]上述的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠
將50ml鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，配制成0.1M鈦酸四丁酯無水乙醇溶液,在磁力攪拌條件下加入為上述無水乙醇體積的0.1倍的去離子水，以氨水調(diào)節(jié)pH值至溶液中形成膠體，再攪拌20min，陳化I天，制備出凝膠，粉碎凝膠，加入去離子水，得到固含量為20%的納米TiO2水溶液，即顆粒大小為2-8nm的納米TiO2溶膠；
(2)、Ce2O3溶膠的制備
將金屬鈰的硝酸鹽，溶解在去離子水中，得到金屬鈰離子的濃度為0.1mM的硝酸鈰水溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH為4后，加入聚乙烯烷酮，得到的溶液中含聚乙烯烷酮的質(zhì)量百分比濃度為0.1%，然后室溫乳化30min，得顆粒在2_15nm的Ce2O3溶膠；
(3)、按質(zhì)量百分比計(jì)算，在10%的步驟(1)所得的納米TiO2溶膠中加入1%的硅酸鈉，然后加入5%的步驟(2)所得的Ce2O3溶膠，攪拌均勻，最后加入余量的水或乙醇和水組成的混合溶液，即得用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠。
[0021]上述所得的一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠采用滾涂的方式直接地涂覆在彩涂板的表面，涂覆完成后采用熱風(fēng)機(jī)吹干，形成的具有抗老化、耐沾污的納米涂層厚度約lOOnm。然后自然暴曬6個(gè)月。
[0022]按照GB/T9780-2005方法測(cè)定沒有涂覆具有抗老化、耐沾污的納米涂層的空白彩涂板和實(shí)施例1所得的具有抗老化、耐沾污的納米涂層的彩涂板的沾污率，測(cè)試結(jié)果見表
1
[0023]表1、自然暴曬6個(gè)月的彩涂板沾污率測(cè)試
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠0.1-10% 硅酸鈉0.1-20% 氧化鈰溶膠0.1-5% 著色劑0-0.1% 余量為水或乙醇和水組成的混合溶液； 所述的納米TiO2溶膠、娃酸鈉、氧化鋪溶膠的顆粒大小均為2-15nm ； 所述的著色劑為水溶性品藍(lán)染料。
2.如權(quán)利要求1所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠1-10% 娃酸鈉1-15% 氧化鈰溶膠0.1-5% 著色劑0.01-0.1% 余量為水或乙醇和水組成的混合溶液； 所述的乙醇和水組成的混合溶液中，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:1_3。
3.如權(quán)利要求2所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠10%硅酸鈉1% 氧化鈰溶膠5% 余量為乙醇和水組成的混合溶液； 所述的乙醇和水組成的混合溶液，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:1 ； 所述的納米TiO2溶膠的顆粒大小為2-8nm ； 氧化鈰溶膠的顆粒大小為2-15nm。
4.如權(quán)利要求2所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠5%娃酸鈉5% 氧化鋪溶膠0.1% 余量為乙醇和水組成的混合溶液； 所述的乙醇和水組成的混合溶液，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:3 ； 所述的納米TiO2溶膠的顆粒大小為5-15nm ； 氧化鈰溶膠的顆粒大小為5-15nm。
5.如權(quán)利要求2所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO 2溶膠10%硅酸鈉10% 氧化鋪溶膠2% 著色劑0.01% 余量為乙醇和水組成的混合溶液； 所述的乙醇和水組成的混合溶液，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:2 ； 所述的納米TiO2溶膠的顆粒大小為2-10nm ； 所述的氧化鋪溶膠的顆粒大小為5-15nm。
6.如權(quán)利要求2所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，其組成及含量如下: 納米TiO2溶膠 1% 娃酸鈉15% 氧化鋪溶膠3% 著色劑0.1% 余量為乙醇和水組成的混合溶液； 所述的乙醇和水組成的混合溶液，按體積比計(jì)算，即乙醇:水為1:2 ； 所述的納米TiO2溶膠的顆粒大小為5-15nm ； 氧化鈰溶膠的顆粒大小為5-15nm。
7.如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)、采用溶膠-凝膠法制備納米TiO2溶膠 將鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，配制成0.1M鈦酸四丁酯無水乙醇溶液，在磁力攪拌條件下加入為上述無水乙醇體積的0.1倍的去離子水，以氨水調(diào)節(jié)PH值至溶液中形成膠體，再攪拌20min，陳化1-2天，制備出凝膠，粉碎凝膠，加入去離子水，得到固含量為20%的納米TiO2水溶液，即得顆粒在2-15nm的納米TiO2溶膠； (2)、Ce2O3溶膠的制備 將金屬鈰的硝酸鹽，溶解在去離子水中，得到金屬鈰離子的濃度為0.1mM-1M的硝酸鈰水溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH為4-10后，加入聚乙烯烷酮，得到的混合溶液中聚乙烯烷酮質(zhì)量百分比濃度為0.1-0.2%，將混合溶液室溫乳化3-30min，得顆粒在2_15nm的Ce2O3溶膠； (3)、在步驟(1)所得的納米TiO2溶膠中加入硅酸鈉，然后加入步驟(2)所得的Ce2O3溶膠，攪拌均勻，再加入著色劑，攪拌均勻，最后加入余量的水或乙醇和水組成的混合溶液，即得用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠。
8.利用如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠在彩涂板上通過滾涂、噴涂或壓涂方式形成抗老化、耐沾污的納米涂層。
9.如權(quán)利要求8所述的利用用于形成抗老化、耐沾污納米涂層的納米溶膠在彩涂板上形成的抗老化、耐沾污的納米涂層，其厚度為100-400nm。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK103923501SQ201410141060
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】陳愛英, 田翰林, 劉星, 孫妍妍, 第文琦, 潘登 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)