专利名称：多质离散效应纳米结构液膜及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米结构薄膜涂料，尤其涉及一种多质离散效应纳米结构 液膜及其制备方法和应用。
背景技术：
目前，背景技术中的纳米薄膜材料的制备方法和品种很多，如制备方法有-胶态悬浮体化学沉淀法、自组装法、表面改性法、电化学沉积法等；其制备的 纳米结构功能性的薄膜也有许多种类，如纳米半导体薄膜、纳米多孔薄膜、纳 米光学薄膜、纳米磁学薄膜、纳米摩擦学薄膜等。己有技术中纳米结构的薄膜 的制备， 一般是由粒子和衬底来实现的。从以上所述的纳米结构薄膜功能的种 类上看，没有提出关于"多质散效应"的纳米结构薄膜及其制备方法。该薄膜 其特点就是利用离散效应原理，将即要附着于基料(衬底)上的许多种物质迅 速离开，或者分解散去，免得基材接触，从而达到离散效应的作用。
背景技术：
中尽管没有提出多质离散效应理论，但有许多分解、疏油、疏水 方面的材料，即单疏、双疏的概念。其产品实质是对水或油污的疏离作用，可 以达到防油、防水的目的；已有技术中把只对水或油有单一疏离作用的叫单疏； 对水、油同时具有疏离作用的叫双疏。这种物质我们定义为离散效应材料。
背景技术：
中的离散效应的材料一般由多种化学材料组成，其机理是化学反 应或键合形式与基材结合，来改变基材的物化性能，如代表产品托氟龙、N (三 元一丁基)丙烯酰胺、乙一十四烷基丙烯酸脂、乙烯十二酸脂以及卤类单体、N 一氟苯乙烯等；另一方面解决防水、防油的方法是在基料中加入带有疏水或者 疏油基团的(官能团)包覆材料，这些材料一般为超细粉体或液体，如国外报 导了永久处理技术，技术涵概了许多化学基本原理和各种纳米材料，其产品性 能及使用与其它产品基本相似，鉴于对背景技术分析，本发明人对现有技术中 的纳米结构薄膜的种类和功能进行分析，认为背景技术中纳米结构薄膜种类和 功能存在如下不足一、 已有的纳米结构薄膜没有多质离散效应的功能，种类大多数是光学薄 膜、磁学、半导体或导电膜及摩擦薄膜。本发明提供新的种类补充。二、 己有技术中的"离散效应"材料只是单一的防水、防油、抗菌、抗电 磁等功能， 一般不具有对多种物质的分解离散功能，本发明提供新功能的补充。三、 己有技术中的化学组分基本以有机物或包覆材料为主，产品性能不够 稳定，耐久性差，甚至有些污染成分，达不到环保要求。四、 己有技术中使用的单疏材料也有部分粉体材料，但是由于粒料较大一 般在IOOOIM以上，这种材料不易在液相或胶体中分散，使得它们被加入到介质 材料中，效果不明显。而且影响制品的光泽，同时功能粉体上的基团多是以物 理方式吸附在粉体表面，基团与粉体结合不牢固，这些基团随着时间延长和温 度的提高而受到破坏，从而影响材料和制品的功能。五、 现有技术中的类似材料大都采用纳米材料、二氧化钛、氧化锌、氧化 硅、三氧化二铝、碳酸钙等，这些材料虽然应用广泛，但制备方法多，工艺参 数控制多变，导致材料的性质不够稳定，在生产中难以保证所制备薄膜材料的 性能指标。发明内容根据前述背景技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种保持基材及其 制品稳定性能并且可达到疏水、疏油、防尘、抗菌、抗老化功能的多质离散效 应纳米结构液膜。
本发明的另外一个目的是提供上述的多质离散效应纳米结构液膜的制备方 法以及该涂料的应用。本发明中的"多质离散效应"理论是指该纳米薄膜从功能上可以对三种以 上物质包括水、油、有机杂质、无机尘埃、细菌及光、电、磁等多种物质进行 催化、分解、离异、分散的作用，从本发明定义角度出发，背景技术中的单疏、 双疏材料均属于"单质离散型材料"。为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案。多质离散效应纳米结构液膜，由纳米复合粉体均匀分布在成膜活性分散物 质中构成纳米复合粉体占涂料总重量的0.1 — 2%，纳米复合粉体由粒度均小 于100nm纳米粉体材料经氟碳表面活性剂改性后混合制得，纳米粉体材料至少 包括以下2种粉体材料纳米抗菌材料、纳米催化材料、纳米分解材料、纳米 界面材料和纳米表面耗能材料；成膜活性分散物质包括成膜物质和水分散介质， 成膜物质占涂料总重量的2-L0%;余量为水分散介质。作为优选，上述的成膜活性分散物质还包括功能助剂，功能助剂占涂料总重量的0.05 — 0.1%。作为再优选，功能助剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。脂肪醇聚氧 乙烯醚可以用于体系平衡及性能稳定。作为优选，纳米粉体材料包括纳米抗菌材料、纳米催化材料、纳米分解 材料、纳米界面材料和纳米表面耗能材料，各组分按重量百分比如下 纳米抗菌材料 20-30%;纳米催化材料 15-25%; 纳米分解材料 20-30%; 纳米界面材料 15-25%;
纳米表面耗能材料 15-20%。作为优选，上述的氟碳表面活性剂针对粉体材料分别采用纳米抗菌材料 选用四氟异邻苯二甲腈表面活性剂；纳米催化材料选用氟碳硅烷表面活性剂； 纳米分解材料选用全氟基氟硅高分子表面活性剂；纳米界面材料和纳米表面耗 能材料选用5%的氟烷基化合物表面活性剂。作为优选，上述的纳米抗菌材料选用硅基氧化物(SiOh)为载体的金属离 子抗菌材料；纳米催化材料选用二氧化钛(Ti02)或三氧化二钇(YA);纳米分 解材料选用氧化锌(ZnO)或二氯化锌(ZnCl2);纳米界面材料选用三氧化二铝 (Al必,)或三氧化二钐(SmA);纳米表面耗能材料选用二氧化钛(Ti02)或三 氧化二钕(Nd203)。作为一个优选方案，上述的纳米抗菌材料选用粒径30nm的二氧化硅载银材 料，23%;纳米催化材料选用粒径20nm的二氧化钛，20%;纳米分解材料选用 粒径60nm的氧化锌，22%;纳米界面材料选用粒径50nm的三氧化二铝，20%; 纳米表面耗能材料选用为粒径10nm的二氧化钛，15%。作为一个优选方案，上述的纳米抗菌材料选用粒径30nm的二氧化硅载银材 料，23%;纳米催化材料选用粒径20mn的三氧化二钇，20%;纳米分解材料选 用粒径60nm的二氯化锌，22%;纳米界面材料选用粒径50mn的三氧化二钐， 20%;纳米表面耗能材料选用为粒径10nm的三氧化二钕，15%。作为优选，成膜物质选自聚氨酯树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂或氟碳树 脂。作为再优选，成膜物质为全氟垸基磺酸酰烷基丙稀酸脂。全氟烷基磺酸酰 垸基丙烯酸脂用于负载纳米粒子，并使之与基质结合牢固。作为一个优选方案，按重量百分比计，纳米复合粉体为2%，全氟烷基磺酸
酰垸基丙烯酸脂为4%，脂肪醇聚氧乙烯醚为O. 1%，去离子水为93.9。^。为了实现第二个目的，本发明提供了上述的多质离散效应纳米结构液膜的 制备方法，其包括以下的步骤1) 将上述的纳米粉体材料分别在分散介质中分散，然后分别按纳米粉体 材料与氟碳表面活性剂之间的量比为1: 0.005 1: 0.01的比例添加 到分散介质中，使纳米材料表面羟基与氟碳表面活性剂进行充分反应， 除去分散介质，经过干燥得到各种纳米改性材料粉体；2) 将上述分别制得的纳米改性材料粉体混合搅拌均匀制得纳米复合粉 体；3) 在50 7(TC下，将上述功能助剂加入到水分散介质中，搅拌使功能助 剂均匀的溶解在水分散介质中，然后将上述制得纳米复合粉体加入到 上述溶液中，搅拌，乳化，使纳米材料均匀的分散在液相中；4) 将成膜物质慢慢的加入到已经分散好的纳米液相中，搅拌均匀制得所 述的涂料。作为优选，上述的步骤l)中的分散介质可以采用甲苯或二甲苯。 上述的多质离散效应纳米结构液膜可以在处理布料、织物、玻璃制品、车 体、桌台和墙面中得到应用。其纳米结构薄膜的成膜工艺如下-将即要原位成膜的布料、织物、玻璃制品、车体、桌台或墙面基材清洗干 净，用喷涂、浸轧的方法，将成膜浆料设置在基材上边，将设有成膜浆料的基 材在120 18(TC下加热烘干0.5 1分钟即可。通过调整浆料浓度或控制生产调 节和成膜压力，可以实现纳米结构薄膜的厚度控制，纳米结构薄膜以吸附、键 合、渗透的形式与基材固为一体，形成的纳米结构薄膜厚度小于500nm，具有对 水、油、尘埃、热电、磁、光等物质有离异分散功能。由于采用上述技术方案，使得制备的薄膜的功能机理、成膜方法、使用材 料、纳米薄膜微观结构有所不同，其优点在于1、 本发明中的纳米结构薄膜是与基材原位复合而成具有与基材不可分割性。2、 本发明中的纳米结构薄膜中的纳米材料为多功能复合材料，通过表面改 性后，使得薄膜具有对油、水、有机杂质、无机尘埃、细菌及光、电、磁的离 异和分散作用，弥补了背景技术中单疏、双疏材料的不足。3、 本发明中采用的纳米材料改性助剂以氟碳表面活性剂为主，很少的添加量使液体的表面张力下降，如水73MN/M，降至为18MN/M，效果显著。4、 由于氟原子独特的几何尺寸和电负性等因素使得改性后的纳米材料，具 有很高的热稳定性，很高的耐强酸、高浓度碱和强氧化性。5、 本发明中的成膜物质采用氟碳成膜材料，使得膜厚明显下降，保持原基 材的物化特征和色彩，并仍有极高的透明度和透气性。6、 本发明中纳米稀土材料利用纳米稀土材料优良的催化性和载体性，通过 提高活性组分在表面上的分散度来提高催化剂的活性，并使之稳定，还可以通 过改变稀土氧化物的比例达到调节表面酸一碱性的目的。从而更好的实现对水、 油、尘埃、热电、磁光等多质离散的效应。
具体实施方式
实施例一一、纳米粉体材料改性-1、原材料选择a. 纳米抗菌材料粒径30nm的二氧化硅载银材料；b. 纳米催化材料粒径20nm的二氧化钛；c. 纳米分解材料粒径60nm的氧化锌；d. 纳米界面材料粒径50nm的三氧化二铝。e. 纳米表面耗能材料粒径为10nm的二氧化钛。取30g氟碳表面活性剂牌号为PN-80，加到200ml甲苯溶剂中，待完全溶解 后，将200g纳米氧化硅载银材料粉体慢慢的加入到上述含有表面活性剂的溶剂 中搅拌，使其完全反应，再脱去甲苯，在干燥箱中干燥，干燥温度为120°C，最 后经气流粉碎机分散，获得白色粉末状纳米改性材料。将100g纳米氧化钛加入到800mL二甲苯中，然后在室温条件下搅拌，使其 均匀混合，然后慢慢将8g氟碳表面活性剂加到混合液中，边加滴边用超声波分 散，滴加完毕后，继续超声波搅拌10分钟，使完全反应，再从中脱去二甲苯， 取得二氧化钛与氟碳表面活性剂的反应物，在烘箱中干燥，干燥温度为15(TC最 后经气流粉碎机分散，获得改性纳米二氧化钛粉体。其它改性粉体按上述方法可获得改性纳米氧化锌、纳米三氧化二铝等纳米 材料。二、 纳米复合粉体的制备1、 将步骤一制备的纳米改性粉体，按下列配方比例a: b: C: d: e = 23%: 20%: 22%: 20%: 15%2、 工艺过程将上述改性的纳米材料按顺序和比例加入到搅拌混料机内，以150转/分的 转速搅拌30分钟，待搅拌均匀后取出备用。三、 纳米成膜浆料的制备1、 原料选用a. 纳米复合粉体0.5%;b. 氟碳成膜物质全氧烷基磺酸酰烷基丙烯酸脂5%;C.功能助剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚0.1%;d.分散介质为去离子水、电导率小于O.l。2、 配制比例a: b: C: d = 0.5%: 5%: 0.1%: 94.4%3、 成膜浆料的制备工艺-按上述比例准备好原材料，将功能助剂加入到分散介质去离子水中，加速 搅拌，使功能助剂均匀的溶解在分散介质中，将改性后的纳米复合粉体，慢慢加入到上述溶液中，用搅拌机以160转/分的转速，搅拌30分钟后，用乳化机进 行分散10分钟，使纳米材料均匀的分散在液相中，再将氟碳成膜物质均匀的分 散，慢慢的加入到已经分散好的纳米液相中，慢慢搅拌使成膜物质溶解均匀备用。 实施例二一、纳米粉体材料改性 1、原材料选择a. 纳米抗菌材料粒径30nm的二氧化硅载银材料；b. 纳米催化材料粒径20nm的三氧化二钇；c. 纳米分解材料粒径60nm的二氯化锌；d. 纳米界面材料粒径50nm的三氧化二钐。e. 纳米表面耗能材料粒径为10nm的三氧化二钕。将二氧化硅载银材料、三氧化二钇、二氯化锌、三氧化二钐和三氧化二钕 通过实施例一中改性的方法改性。
二、 纳米复合粉体的制备1、 将步骤一制备的纳米改性粉体，按下列配方比例 a: b: C: d: e = 23%: 20%: 22%: 20%: 15%2、 工艺过程将上述改性的纳米材料按顺序和比例加入到搅拌混料机内，以150转/分的 转速搅拌30分钟，待搅拌均匀后取出备用。三、 纳米成膜浆料的制备1、 原料选用a. 纳米复合粉体0.5%;b. 氟碳成膜物质全氧烷基磺酸酰垸基丙烯酸脂5%;C.功能助剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚0.1%;d.分散介质为去离子水、电导率小于O.l。2、 配制比例a: b: C: d = 0.5%: 5%: 0.1%: 94.4%3、 成膜浆料的制备工艺按上述比例准备好原材料，将功能助剂加入到分散介质去离子水中，加速 搅拌，使功能助剂均匀的溶解在分散介质中，将改性后的纳米复合粉体，慢慢 加入到上述溶液中，用搅拌机以160转/分的转速，搅拌30分钟后，用乳化机进 行分散10分钟，使纳米材料均匀的分散在液相中，再将氟碳成膜物质均匀的分散，慢慢的加入到已经分散好的纳米液相中,慢慢搅拌使成膜物质溶解均匀备用。 实施例三织物纳米结构薄膜制备将即要原位成膜的纤维织物洗净，用喷涂的方法将上述浆料均匀的喷涂在 纤维织物的表面，反复二遍，将喷涂好浆料的纤维织物放到15(TC的干燥设备中，干燥1分钟，即得到具有纳米结构薄膜纤维织物。 实施例四玻璃制品表面纳米结构薄膜的制备将玻璃制品表面清洗干净，用粘泡的方法将纳米成膜浆料附着在玻璃制品表面，取出玻璃制品，放入12(TC的干燥箱进行烘干5分钟，取出冷却。实施例五车体表面纳米结构薄膜的制备将车体表面清洗干净，用纳米成膜浆料均匀喷涂在车体表面，将车体置入烘干室内，在8(TC的条件下，加热10分钟。实施例六砖石木质结构墙体表面纳米薄膜的制备将砖、石木质结构的墙体表面清理干净，用喷涂的方法将上述浆料均匀的喷涂在墙体表面，用红外线源与墙体表面接触，其接触温度为10(TC情况下5分 钟即可实现纳米薄膜的墙体表面。以上技术方案是本发明中较佳实施例而已，并不对本发明作任何形式上的 限制，凡是依据本发明的技术实质做工艺等同变化，比例修改等均属本发明范 围。
权利要求
1.多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于该涂料由纳米复合粉体均匀分布在成膜活性分散物质中构成纳米复合粉体占涂料总重量的0.1-2％，纳米复合粉体由粒度均小于100nm纳米粉体材料经氟碳表面活性剂改性后混合制得，纳米粉体材料至少包括以下2种粉体材料纳米抗菌材料、纳米催化材料、纳米分解材料、纳米界面材料和纳米表面耗能材料；成膜活性分散物质包括成膜物质和水分散介质，成膜物质占涂料总重量的2-10％；余量为水分散介质。
2. 根据权利要求1所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于成膜活性分 散物质还包括功能助剂，功能助剂占涂料总重量的0. 05—0. 1%。
3. 根据权利要求2所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于功能助剂为 脂肪醇聚氧乙烯醚。
4. 根据权利要求1所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于纳米粉体材 料包括纳米抗菌材料、纳米催化材料、纳米分解材料、纳米界面材料和纳 米表面耗能材料，各组分按重量百分比如下纳米抗菌材料 20-30%; 纳米催化材料 15-25%; 纳米分解材料 20-30%; 纳米界面材料 15-25%; 纳米表面耗能材料 15-20% 。
5. 根据权利要求1所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于氟碳表面活性剂针对粉体材料分别釆用纳米抗菌材料选用四氟异邻苯二甲腈表面活性剂；纳米催化材料选用氟碳硅烷表面活性剂；纳米分解材料选用全氟基氟硅 高分子表面活性剂；纳米界面材料和纳米表面耗能材料选用5%的氟烷基化 合物表面活性剂。
6. 根据权利要求1 5任意一项权利要求所述的多质离散效应纳米结构液膜， 其特征在于纳米抗菌材料选用硅基氧化物(Si0h)为载体的金属离子抗菌材 料；纳米催化材料选用二氧化钛(Ti02)或三氧化二钇(Y203);纳米分解材 料选用氧化锌(Zn0)或二氯化锌(ZnCl2);纳米界面材料选用三氧化二铝(A1A)或三氧化二钐(Sm203);纳米表面耗能材料选用二氧化钛(Ti02)或 三氧化二钕(Nd203)。
7. 根据权利要求6所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于纳米抗菌材 料选用粒径30nm的二氧化硅载银材料，23%;纳米催化材料选用粒径20nm 的二氧化钛，20%;纳米分解材料选用粒径60nm的氧化锌，22%;纳米界 面材料选用粒径50nm的三氧化二铝，20%;纳米表面耗能材料选用为粒径 lOnm的二氧化钛，15%。
8. 根据权利要求6所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于纳米抗菌材 料选用粒径30nm的二氧化硅载银材料，23%;纳米催化材料选用粒径20nm 的三氧化二钇，20%;纳米分解材料选用粒径60nm的二氯化锌，22%;纳 米界面材料选用粒径50nm的三氧化二钐，20%;纳米表面耗能材料选用为 粒径lOnm的三氧化二钕，15%。
9. 根据权利要求1 5任意一项权利要求所述的多质离散效应纳米结构液膜， 其特征在于成膜物质选自聚氨酯树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂或氟碳树脂。
10. 根据权利要求9所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于成膜物质为全氟垸基磺酸酰垸基丙烯酸脂。
11. 根据权利要求10所述的多质离散效应纳米结构液膜，其特征在于按重量百分比计，纳米复合粉体为2%，全氟烷基磺酸酰烷基丙烯酸脂为4%，脂肪 醇聚氧乙烯醚为O. 1%，去离子水为93.9%。
12. 根据权利要求2所述的多质离散效应纳米结构液膜的制备方法，其特征在于 包括以下的步骤1) 将上述的纳米粉体材料分别在分散介质中分散，然后分别按纳米粉体 材料与氟碳表面活性剂之间的量比为1: 0.005 1: 0.01的比例添加 到分散介质中，使纳米材料表面羟基与氟碳表面活性剂进行充分反应， 除去分散介质，经过干燥得到各种纳米改性材料粉体；2) 将上述分别制得的纳米改性材料粉体混合搅拌均匀制得纳米复合粉 体；3) 在50 7(TC下，将上述功能助剂加入到水分散介质中，搅拌使功能助 剂均匀的溶解在水分散介质中，然后将上述制得纳米复合粉体加入到 上述溶液中，搅拌，乳化，使纳米材料均匀的分散在液相中；4) 将成膜物质慢慢的加入到已经分散好的纳米液相中，搅拌均匀制得所 述的涂料。
13. 根据权利要求12所述的多质离散效应纳米结构液膜的制备方法，其特征在 于分散介质采用甲苯或二甲苯。
14. 根据权利要求1所述的多质离散效应纳米结构液膜在处理布料、织物、玻璃 制品、车体、桌台和墙面中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种纳米结构薄膜涂料，尤其涉及一种多质离散效应纳米结构液膜及其制备方法和应用。多质离散效应纳米结构液膜，由纳米复合粉体均匀分布在成膜活性分散物质中构成纳米复合粉体占涂料总重量的0.1-2％，纳米复合粉体由2种以上粉体材料粒度均小于100nm纳米粉体材料经氟碳表面活性剂改性后混合制得，成膜活性分散物质包括成膜物质和水分散介质，成膜物质占涂料总重量的2-10％；余量为水分散介质。本发明中纳米复合粉体材料为多功能复合材料，使得薄膜具有对油、水、有机杂质、无机尘埃、细菌及光、电、磁的离异和分散作用，弥补了背景技术中单疏、双疏材料的不足。另外，本发明还提供了上述液膜的指标方法和应用。
文档编号C09D7/12GK101148550SQ200610053458
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者刘景春, 潘濠昌, 陈罘杲 申请人:刘景春;陈罘杲;潘濠昌