本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
背景技術(shù)：
水在透明材料如玻璃、塑料、薄膜的表面的接觸角都在40°以上，在內(nèi)外表面有溫差時，水汽遇冷會在材料表面凝結(jié)形成霧，影響材料的透明度。在材料表面涂覆具有超親水性能的透明涂層，可以使水在材料表面的接觸角在5°以下，使得材料表面的水霧或水珠在材料表面鋪展開，形成水膜，水膜不影響材料的透明度，如此達(dá)到防霧的目的。目前商業(yè)化的超親水防霧涂料主要是純高分子材料體系，這種材料起到超親水作用的親水基團(tuán)是接在高分子主鏈上，使得這種涂料的耐水性較差，最終造成超親水涂層的使用壽命較短，耐候性較差。同時這種涂料所制備的涂層的硬度也較低，耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能都比較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，本發(fā)明提供一種硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其親水防霧性能好，耐水性能以及耐候性能好，壽命較長；且該涂料制備的涂層硬度高、耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：
單層的磷酸氫鋯5-30份、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠10-50份、硅烷偶聯(lián)劑20-30份、醇類溶劑30-60份。
在其中一些實施例中，所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料包括如下重量份的組分：
單層的磷酸氫鋯10份、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠30份、硅烷偶聯(lián)劑30份、醇類溶劑50份。
在其中一些實施例中，所述單層的磷酸氫鋯是以片狀的磷酸氫鋯納米顆粒為原料，經(jīng)過有機(jī)胺插層剝離反應(yīng)，生成所述單層的磷酸氫鋯納米顆粒。
在其中一些實施例中，所述片狀的磷酸氫鋯是α-磷酸氫鋯與γ-磷酸氫鋯其中的一種或兩種的混合物。
在其中一些實施例中，所述含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：含巰基的硅氧烷與硅溶膠進(jìn)行接枝反應(yīng)，生成表面含有巰基的硅溶膠，再用氧化劑對巰基進(jìn)行氧化生成磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。
在其中一些實施例中，所述含巰基的硅氧烷與硅溶膠的質(zhì)量比控制為0.05～0.2：1。
在其中一些實施例中，所述含巰基的硅氧烷為γ-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種的混合物。
在其中一些實施例中，所述的氧化劑為過氧化氫、高錳酸鹽、過氧化鈉、發(fā)煙硫酸中的一種或幾種的混合物。
在其中一些實施例中，所述的硅烷偶聯(lián)劑為：γ-巰丙基四乙氧基硅烷、γ-巰丙基四甲氧基硅烷、γ-巰丙基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物。
在其中一些實施例中，所述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料的制備方法為：將所述單層的磷酸氫鋯超聲分散在醇類溶劑中，得到單層分散的磷酸氫鋯，將所述單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入所述的硅烷偶聯(lián)劑，同時加入酸調(diào)節(jié)體系pH值為3～5，發(fā)生共水解反應(yīng)1-8小時，制得所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，層狀磷酸氫鋯表面的-OH具有酸性，可以與含有機(jī)胺分子中的胺基發(fā)生中和反應(yīng)，通過此反應(yīng)層狀的磷酸氫鋯可以被剝離成單層的片狀納米顆粒，將片狀的磷酸氫鋯與含有磺酸基團(tuán)的硅溶膠復(fù)合，再加入硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行共水解，制備出硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，經(jīng)試驗，這種超親水防霧涂料防霧性能好，耐水性能以及耐候性能好，且該涂料制備的涂層硬度高、耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高，在汽車倒車鏡、擋風(fēng)玻璃、浴鏡、游泳鏡、光學(xué)防護(hù)球罩等方面具有很好的應(yīng)用前景。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面將對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：
單層的磷酸氫鋯5-30份、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠10-50份、硅烷偶聯(lián)劑20-30份、醇類溶劑30-60份。
在其中一些實施例中，所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料包括如下重量份的組分：單層的磷酸氫鋯10份、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠30份、硅烷偶聯(lián)劑30份、醇類溶劑50份。
其中，所述單層的磷酸氫鋯是以片狀的磷酸氫鋯納米顆粒為原料，經(jīng)過有機(jī)胺插層剝離反應(yīng)，生成所述單層的磷酸氫鋯納米顆粒。具體是：將磷酸氫鋯用丙胺溶液超聲剝離，加入鹽酸取代去除丙胺，用水與乙醇交替洗滌多余的鹽酸，得到單層的磷酸氫鋯。
其中，所述片狀的磷酸氫鋯是α-磷酸氫鋯與γ-磷酸氫鋯其中的一種或兩種的混合物。
其中，所述含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：含巰基的硅氧烷與硅溶膠進(jìn)行接枝反應(yīng)，生成表面含有巰基的硅溶膠，再用氧化劑對巰基進(jìn)行氧化生成磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。具體反應(yīng)過程為：將納米級硅溶膠在氮氣保護(hù)下高速攪拌，把含巰基(-SH)的硅氧烷滴加至攪拌的硅溶膠溶液中，滴加時間控制在30～120分鐘，優(yōu)選60～80分鐘，滴完后常溫攪拌反應(yīng)4小時，然后在真空條件下陳化24小時，得到化學(xué)接枝的巰基(-SH)硅溶膠，然后通過與氧化劑反應(yīng)，將巰基(-SH)氧化制得化學(xué)接枝高親水性的磺酸基納米硅溶膠。
其中，所述含巰基的硅氧烷與硅溶膠的質(zhì)量比控制為0.05～0.2：1，優(yōu)選為0.1～0.15：1。
其中，所述含巰基的硅氧烷為γ-巰丙基三乙氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種的混合物。
其中，所述的氧化劑為過氧化氫、高錳酸鹽、過氧化鈉、發(fā)煙硫酸中的一種或幾種的混合物。
其中，所述的硅烷偶聯(lián)劑為：γ-巰丙基四乙氧基硅烷、γ-巰丙基四甲氧基硅烷、γ-巰丙基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物。
其中，所述的醇類溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇、丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯的一種或幾種的混合物。
其中，所述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料的制備方法為：將所述單層的磷酸氫鋯超聲分散在醇類溶劑中，得到單層分散的磷酸氫鋯，將所述單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入所述的硅烷偶聯(lián)劑，同時加入酸調(diào)節(jié)體系pH值為3～5，發(fā)生共水解反應(yīng)1-8小時，制得所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
以下將通過幾個實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實施例一
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：單層的磷酸氫鋯10克、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠30克、硅烷偶聯(lián)劑30克、醇類溶劑50克。其中，硅烷偶聯(lián)劑為甲基三乙氧基硅烷，醇類溶劑為乙醇。
單層的磷酸氫鋯采用如下方法制備：將20克α-磷酸氫鋯用100亳升0.1摩爾/升的丙胺溶液超聲剝離，加入110亳升的0.1摩爾/升的鹽酸取代去除丙胺，再用水與乙醇交替洗滌多余的鹽酸，制得單層的磷酸氫鋯。
含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：將40克納米級硅溶膠在氮氣保護(hù)下高速攪拌，把10克含巰基(-SH)的硅氧烷(γ-巰丙基三乙氧基硅烷)滴加至上述納米級硅溶膠中并攪拌，滴加時間控制在60分鐘，滴完后常溫攪拌反應(yīng)4小時，然后在真空條件下陳化24小時，得到化學(xué)接枝的巰基(-SH)硅溶膠，然后加入過氧化氫(H2O2)進(jìn)行氧化反應(yīng)，將巰基(-SH)氧化為磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。
取10克單層的磷酸氫鋯經(jīng)超聲分散于50克乙醇溶液中，得到單層分散的磷酸氫鋯，再取30克含磺酸基團(tuán)的硅溶膠，將單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入30克的甲基三乙氧基硅烷，并加入酸調(diào)節(jié)體系的pH值為3.5，進(jìn)行共水解反應(yīng)3小時，制得硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
將本實施例制得的上述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料淋涂于玻璃表面，經(jīng)UV固化后所得到的涂層的性能如表一：
表一
由表一可以明顯地看出，本發(fā)明實施例制備的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其接觸角明顯小于現(xiàn)有的防霧涂層，且親水防霧性能好，耐水性能、耐候性能以及耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高，另外涂層硬度也較高。
實施例二
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：單層的磷酸氫鋯30克、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠50克、硅烷偶聯(lián)劑25克、醇類溶劑60克。其中，硅烷偶聯(lián)劑為γ-巰丙基四乙氧基硅烷與γ-巰丙基四甲氧基硅烷以1:1質(zhì)量比的混合物，醇類溶劑為異丙醇。
單層的磷酸氫鋯采用如下方法制備：將40克α-磷酸氫鋯用300亳升0.1摩爾/升的丙胺溶液超聲剝離，加入280亳升的0.1摩爾/升的鹽酸取代去除丙胺，再用水與乙醇交替洗滌多余的鹽酸，制得單層的磷酸氫鋯。
含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：將60克納米級硅溶膠在氮氣保護(hù)下高速攪拌，把10克含巰基(-SH)的硅氧烷(γ-巰丙基三乙氧基硅烷與γ-巰丙基三甲氧基硅烷以1:1的質(zhì)量比混合)滴加至上述納米級硅溶膠中并攪拌，滴加時間控制在120分鐘，滴完后常溫攪拌反應(yīng)4小時，然后在真空條件下陳化24小時，得到化學(xué)接枝的巰基(-SH)硅溶膠，然后加入過氧化鈉進(jìn)行氧化反應(yīng)，將巰基(-SH)氧化為磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。
取30克單層的磷酸氫鋯經(jīng)超聲分散于60克異丙醇溶液中，得到單層分散的磷酸氫鋯，再取50克含磺酸基團(tuán)的硅溶膠，將單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入25克的γ-巰丙基四乙氧基硅烷與γ-巰丙基四甲氧基硅烷以1:1質(zhì)量比的混合物，并加入酸調(diào)節(jié)體系的pH值為3.5，進(jìn)行共水解反應(yīng)8小時，制得硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
將本實施例制得的上述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料淋涂于玻璃表面，經(jīng)UV固化后所得到的涂層的性能如表二：
表二
由表二可以明顯地看出，本發(fā)明實施例制備的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其接觸角明顯小于現(xiàn)有的防霧涂層，且親水防霧性能好，耐水性能、耐候性能以及耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高，另外涂層硬度也較高。
實施例三
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：單層的磷酸氫鋯5克、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠10克、硅烷偶聯(lián)劑20克、醇類溶劑30克。其中，硅烷偶聯(lián)劑為γ-巰丙基甲基三甲氧基硅烷，醇類溶劑為丙二醇甲醚醋酸酯。
單層的磷酸氫鋯采用如下方法制備：將10克α-磷酸氫鋯用200亳升0.1摩爾/升的丙胺溶液超聲剝離，加入120亳升的0.1摩爾/升的鹽酸取代去除丙胺，再用水與乙醇交替洗滌多余的鹽酸，制得單層的磷酸氫鋯。
含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：將20克納米級硅溶膠在氮氣保護(hù)下高速攪拌，把20克含巰基(-SH)的硅氧烷(γ-巰丙基三乙氧基硅烷)滴加至上述納米級硅溶膠中并攪拌，滴加時間控制在30分鐘，滴完后常溫攪拌反應(yīng)4小時，然后在真空條件下陳化24小時，得到化學(xué)接枝的巰基(-SH)硅溶膠，然后加入高錳酸鹽進(jìn)行氧化反應(yīng)，將巰基(-SH)氧化為磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。
取5克單層的磷酸氫鋯經(jīng)超聲分散于30克異丙醇溶液中，得到單層分散的磷酸氫鋯，再取10克含磺酸基團(tuán)的硅溶膠，將單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入20克的γ-巰丙基甲基三甲氧基硅烷，并加入酸調(diào)節(jié)體系的pH值為3.5，進(jìn)行共水解反應(yīng)1小時，制得硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
將本實施例制得的上述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料淋涂于玻璃表面，經(jīng)UV固化后所得到的涂層的性能如表三：
表三
由表三可以明顯地看出，本發(fā)明實施例制備的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其接觸角明顯小于現(xiàn)有的防霧涂層，且親水防霧性能好，耐水性能、耐候性能以及耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高，另外涂層硬度也較高。
實施例四
本發(fā)明所述的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其包括如下重量份的組分：單層的磷酸氫鋯20克、含磺酸基團(tuán)的硅溶膠40克、硅烷偶聯(lián)劑25克、醇類溶劑50克。其中，硅烷偶聯(lián)劑為γ-巰丙基四乙氧基硅烷，醇類溶劑為乙醇。
單層的磷酸氫鋯采用如下方法制備：將30克α-磷酸氫鋯用400亳升0.1摩爾/升的丙胺溶液超聲剝離，加入300亳升的0.1摩爾/升的鹽酸取代去除丙胺，再用水與乙醇交替洗滌多余的鹽酸，制得單層的磷酸氫鋯。
含磺酸基團(tuán)的硅溶膠的制備方法為：將50克納米級硅溶膠在氮氣保護(hù)下高速攪拌，把20克含巰基(-SH)的硅氧烷(γ-巰丙基三甲氧基硅烷)滴加至上述納米級硅溶膠中并攪拌，滴加時間控制在80分鐘，滴完后常溫攪拌反應(yīng)4小時，然后在真空條件下陳化24小時，得到化學(xué)接枝的巰基(-SH)硅溶膠，然后加入過氧化氫進(jìn)行氧化反應(yīng)，將巰基(-SH)氧化為磺酸基團(tuán)，得到含磺酸基團(tuán)的硅溶膠。
取20克單層的磷酸氫鋯經(jīng)超聲分散于50克乙醇溶液中，得到單層分散的磷酸氫鋯，再取40克含磺酸基團(tuán)的硅溶膠，將單層分散的磷酸氫鋯與含磺酸基團(tuán)的硅溶膠進(jìn)行共混復(fù)合，然后加入25克的γ-巰丙基四乙氧基硅烷，并加入酸調(diào)節(jié)體系的pH值為3.5，進(jìn)行共水解反應(yīng)7小時，制得硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料。
將本實施例制得的上述硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料淋涂于玻璃表面，經(jīng)UV固化后所得到的涂層的性能如表四：
表四
由表四可以明顯地看出，本發(fā)明實施例制備的硅鋯復(fù)合超親水耐磨涂料，其接觸角明顯小于現(xiàn)有的防霧涂層，且親水防霧性能好，耐水性能、耐候性能以及耐磨性、耐刮擦性、防指紋印、耐污性能均較高，另外涂層硬度也較高。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。