用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法
【专利摘要】本发明涉及溶胶制备技术，旨在提供一种用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法。该方法是：在搅拌件下，将正硅酸甲酯或正硅酸乙酯的氨气的饱和醇溶剂中，然后加入水反应，经旋转蒸发去掉部分醇溶剂，获得高固含量的粒子型纳米二氧化硅溶胶；继续加入Al(OH)3溶胶，陈化；继续加入纳米二氧化钛粉体、玻璃珠，搅拌后溶胶过滤；继续加入用于调节pH值的催化剂，逐滴加入有机硅氧烷，反应后制得产品。本发明在采用Al(OH)3溶胶原位包覆改性包覆二氧化硅溶胶的基础上，引入锐钛矿二氧化钛纳米粉体，通过研磨分散使其均匀分散在Al(OH)3溶胶原位包覆改性包覆二氧化硅溶胶中，使纳米锐钛矿二氧化钛在制备的涂层中均匀分散，在涂层防腐的基材上，可有效提高涂层的自清洁性能。
【专利说明】用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及溶胶制备技术，特别涉及用于用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方 法。
【背景技术】
[0002] 无机陶瓷涂料是一种新型有机无机复合涂料，基于溶胶一凝胶技术的有机无机纳 米复合涂层（无机瓷膜）通过有机基团的引入，使涂层不仅兼具有机涂层的柔韧性和无机 涂层的耐腐蚀特性，且施工方便，通过低温（100?250°C )固化即可得到具有高硬度、耐腐 蚀、耐磨、耐热、不燃、低污染、陶瓷质地的涂层，成为金属涂层防腐领域的一种环保、清洁的 替代品，可广泛应用于铝、铁等金属或合金的大气防腐领域内替代环境污染严重、对人体有 害的氧化铬涂层的预处理涂层，具有广阔的应用前景。另一方面涂覆涂层的金属板材在室 外环境使用过程中，涂层表面容易积累灰尘、有机排放物等污垢而影响涂层的外观。自清洁 功能是指材料表面能自动保持清洁状态的性能。自清洁功能的涂层必须具有以下两种功 能：1)涂层表面具有超亲水性（较小的接触角）使污垢很容易在雨水或自来水的冲刷下被 带走；2)在自然光照条件下具有光催化性能，能自动清除油污。目前，材料表面的接触角大 小是衡量涂层自清洁性能的主要指标。锐钛矿型二氧化钛是一种很好的光催化半导体材 料，具有优良的自清洁性能。针对上述问题，本发明锐钛矿型纳米二氧化钛具有很好的光催 化性能，本发明在前期基础上，引入二氧化钛纳米粉体，使涂层在防腐的同时，具有更好的 自清洁性能，降低了涂层的维护成本。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于金属基材的 自清洁防腐溶胶制备方法。
[0004] 本发明提供了一种用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法，包括如下步骤：
[0005] (1)在300r/min的搅拌条件下，将正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或两种的混 合物加入至1?5质量倍的氨气的饱和醇溶剂中，然后加入水，并使水与硅元素的摩尔比为 6?10 : 1 ;在60°C下反应8h后，经旋转蒸发去掉所加入醇溶剂的30%质量，获得高固含 量的粒子型纳米二氧化硅溶胶；
[0006] (2)在800r/min的搅拌速率下，向粒子型纳米二氧化娃溶胶中加入Al (OH)3溶胶， 保持Si : Al的摩尔比为5?I : 1 ;在50°C陈化24小时后，获得Al (OH) 3溶胶原位改性 包覆的复合二氧化硅溶胶；
[0007] (3)在500r/min的搅拌速度下，向前述复合二氧化硅溶胶中加入纳米二氧化 钛粉体，再加入玻璃珠，使复合二氧化硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：玻璃珠的质量比为 10 : 1 : 5;搅拌8h后，溶胶通过200目的滤网过滤得到二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶；
[0008] (4)在300r/min的搅拌条件下，向二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶中加入用于调 节pH值的催化剂，使溶胶的pH值保持在1?5 ;搅拌0. 5h后，将有机硅氧烷逐滴加入上述 溶胶中，控制有机硅氧烷与复合二氧化硅溶胶的质量比为2 : 1?I : 2,在30°C下反应6h 后，制得适用于金属基材的自清洁防腐溶胶。
[0009] 本发明中，步骤（1)氨气的饱和醇溶剂中醇溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇其中一种或 其中几种的组合。
[0010] 本发明中，步骤（3)纳米二氧化钛粉体为锐钛矿型纳米二氧化钛的粉体，平均粒 度在 80nm ?100nm。
[0011] 本发明中，步骤（3)玻璃珠为研磨介质，直径为6mm。
[0012] 本发明中，步骤（4)中催化剂为HC1、HNO3、甲酸其中一种或其中几种的组合。
[0013] 本发明中，步骤（4)中有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三 甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷其中一种或其中几种的组合。
[0014] 与现有制备技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0015] 本发明在采用Al (OH)3溶胶原位包覆改性包覆二氧化硅溶胶的基础上，引入锐钛 矿二氧化钛纳米粉体，通过研磨分散使其均匀分散在Al (OH) 3溶胶原位包覆改性包覆二氧 化硅溶胶中，再经与有机硅复合制备出具有自清洁性能的金属基材防腐溶胶。使纳米锐钛 矿二氧化钛在制备的涂层中均匀分散，在涂层防腐的基材上，可有效提高涂层的自清洁性 能。
【具体实施方式】
[0016] 以下通过实例进一步对本发明进行描述。
[0017] 本发明中用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法，包括如下几个步骤：
[0018] (1)在300r/min的搅拌条件下，将正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或两种的混 合物加入至1?5质量倍的氨气的饱和醇溶剂中，然后加入水，并使水与硅元素的摩尔比为 6?10 : 1 ;在60°C下反应8h后，经旋转蒸发去掉所加入醇溶剂的30%质量，获得高固含 量的粒子型纳米二氧化硅溶胶；
[0019] (2)在800r/min的搅拌速率下，向粒子型纳米二氧化娃溶胶中加入Al (OH)3溶胶， 保持Si : Al的摩尔比为5?I : 1 ;在50°C陈化24小时后，获得Al (OH) 3溶胶原位改性 包覆的复合二氧化硅溶胶；
[0020] (3)在500r/min的搅拌速度下，向前述复合二氧化硅溶胶中加入纳米二氧化 钛粉体，再加入玻璃珠，使复合二氧化硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：玻璃珠的质量比为 10 : 1 : 5;搅拌8h后，溶胶通过200目的滤网过滤得到二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶；
[0021] (4)在300r/min的搅拌条件下，向二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶中加入用于调 节pH值的催化剂，使溶胶的pH值保持在1?5 ;搅拌0. 5h后，将有机硅氧烷逐滴加入上述 溶胶中，控制有机硅氧烷与复合二氧化硅溶胶的质量比为2 : 1?1 : 2,在30°C下反应6h 后，制得适用于金属基材的自清洁防腐溶胶。
[0022] 本发明中用于金属基材的自清洁防腐溶胶的使用方法：
[0023] 样品溶胶通过喷涂方式在金属铝板表面涂覆，100°C表干IOmin后，在250°C热处 理20min后形成3?5微米厚的自清洁防腐涂层。
[0024] 各实施例中的试验数据见下表：从表中可以看出，加入纳米二氧化钛的样品溶胶 (序号1到9)制备的涂层接触角均在10度以内，具有较好的自清洁性能，而未加纳米二氧 化钛的实例样品溶胶制备的涂层接触角较大（67度）。涂层的其他性能如：铅笔硬度、耐腐 蚀性能（中性盐雾试验）等未发生明显变化。可见，纳米二氧化钛的加入在不影响涂层其 他性能的前提下较大程度地提高了涂层的自清洁性能。
[0025] 涂层采用以下标准测试各方面性能：
[0026] 1)涂层铅笔硬度采用美国材料学会ASTM3363标准测试；
[0027] 2)涂层接触角用德国KRUSS接触角测定仪测试；
[0028] 3)涂层中性盐雾试验采用漆膜性能测试国家标准GB-T1771-1991测试。
[0029]
【权利要求】
1. 用于金属基材的自清洁防腐溶胶制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 在300r/min的搅拌条件下，将正硅酸甲酯、正硅酸乙酯中的一种或两种的混合物 加入至1?5质量倍的氨气的饱和醇溶剂中，然后加入水，并使水与硅元素的摩尔比为6? 10 : 1;在60°C下反应8h后，经旋转蒸发去掉所加入醇溶剂的30%质量，获得高固含量的 粒子型纳米二氧化硅溶胶； (2) 在800r/min的搅拌速率下，向粒子型纳米二氧化娃溶胶中加入A1 (OH)3溶胶，保持 Si : A1的摩尔比为5?1 : 1 ;在50°C陈化24小时后，获得A1 (OH) 3溶胶原位改性包覆的 复合二氧化硅溶胶； (3) 在500r/min的搅拌速度下，向前述复合二氧化娃溶胶中加入纳米二氧化钛粉体， 再加入玻璃珠，使复合二氧化硅溶胶：纳米二氧化钛粉体：玻璃珠的质量比为10 : 1 : 5 ; 搅拌8h后，溶胶通过200目的滤网过滤得到二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶； (4) 在300r/min的搅拌条件下，向二氧化钛掺杂复合二氧化硅溶胶中加入用于调节pH 值的催化剂，使溶胶的pH值保持在1?5 ;搅拌0. 5h后，将有机硅氧烷逐滴加入上述溶胶 中，控制有机硅氧烷与复合二氧化硅溶胶的质量比为2 : 1?1 : 2,在30°C下反应6h后， 制得适用于金属基材的自清洁防腐溶胶。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1)氨气的饱和醇溶剂中醇溶剂为甲 醇、乙醇、异丙醇其中一种或其中几种的组合。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3)纳米二氧化钛粉体为锐钛矿型纳 米二氧化钛的粉体，平均粒度在80nm?100nm。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3)玻璃珠为研磨介质，直径为6mm。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4)中催化剂为HC1、HN0 3、甲酸其中 一种或其中几种的组合。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4)中有机硅氧烷为甲基三甲氧基硅 烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷其中一种或其中几种的组合。
【文档编号】C09D5/08GK104497647SQ201410722695
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】吴春春, 汪海风, 杨辉, 申乾宏, 阙永生 申请人:浙江大学