一种不锈钢耐沾污纳米涂层及其制备方法与流程

本发明属于纳米功能材料与环保材料技术领域，具体涉及一种不锈钢耐沾污纳米涂层及其制备方法。

背景技术：

厨房油烟是住宅内污染物的主要来源之一。厨房油烟的危害主要包括以下两个方面：第一，影响人体健康，因油烟种类繁多，各种污染物混合，人们长期吸入并积累容易导致重大疾病；第二，影响厨房美观，由于室内环境相对封闭，没有及时排出的油烟容易积累熏脏厨房，造成污染，也给厨房的清理工作带来极大的困难。目前，厨房中多采用抽油烟机进行厨房油烟的清除，其表面为不锈钢材质，长期吸附油烟后不锈钢表面污渍多且油腻，清洗困难，所使用的清洗剂也易于产生二次污染。

纳米二氧化钛作为一种新型环保材料，化学性质稳定且能有效降解污染物，已经广泛应用于很多领域。同时，由于纳米二氧化钛具有超亲水性，可以使吸附在上面的污染物快速脱离表面而去除。不过现有的二氧化钛涂层存在如下问题：(1)纳米二氧化钛涂层与基底粘附性较差，附着力不强，不耐擦洗；(2)所制备的纳米二氧化钛涂层不够致密，孔洞较多，一些较小的灰尘或难挥发物质容易进入薄膜表面导致涂层失效；(3)纳米二氧化钛涂层由于涂覆厚度不均造成不锈钢板表面呈现色彩斑驳现象，影响美观。以上问题使得二氧化钛涂层在实际应用中受到很大限制。

发明专利一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶及制备方法和应用(申请号为201410141060.5)由0.1-10％纳米tio2溶胶、0.1-20％硅酸钠、0.1-5％氧化铈溶胶、0-0.1％着色剂和余量的水或乙醇和水组成的混合溶液组成。其制备方法首先采用溶胶-凝胶法制备纳米tio2溶胶、然后制备ce2o3溶胶，然后在纳米tio2溶胶中加入硅酸钠、ce2o3溶胶，搅拌均匀再加入着色剂，最后加入余量的水或乙醇和水组成的混合溶液。其用于彩涂板的涂覆得到的纳米涂层具有抗老化、耐沾污、耐腐蚀等性能，可延长彩涂板使用寿命。但是该涂层与其附着基底的粘附性较差且涂层不够致密。

因此急需一种表面致密、均匀且硬度高，与不锈钢基底附着力强，亲水性好，耐沾污，耐腐蚀的不锈钢耐沾污纳米涂层及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种表面致密、均匀且硬度高，与不锈钢基底附着力强，亲水性好，耐沾污，耐腐蚀的不锈钢耐沾污纳米涂层及其制备方法。

本发明提供了如下的技术方案：

一种不锈钢耐沾污纳米涂层，原料包括二氧化钛纳米溶胶、氧化硅纳米溶胶、氧化铝纳米溶胶和蒸馏水，所述原料的重量份数如下：

二氧化钛纳米溶胶：0.9-1.1份；

氧化硅纳米溶胶：0.85-1.1份；

氧化铝纳米溶胶：0.9-1.15份；

蒸馏水：6.85-7.15份。

优选的，所述二氧化钛纳米溶胶的质量分数为3％，所述氧化硅纳米溶胶的质量分数为2％，所述氧化铝纳米溶胶的质量分数为1％。

一种不锈钢耐沾污纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：

s1：按配方量，边搅拌边往蒸馏水中加入二氧化钛纳米溶胶、氧化硅纳米溶胶和氧化铝纳米溶胶，原料加完后继续搅拌；

s2：用盐酸调节s1中溶胶液的ph值，直至溶胶液澄清透明，制备出纳米溶胶涂覆液；

s3：用去离子水将不锈钢板表面清洗干净，然后用热风机吹干；

s4：采用喷丸、喷砂或机械研磨处理的方式将s2获得的纳米溶胶涂覆在不锈钢板表面，然后鼓风吹干；

s5：在氮气保护作用下，对s4中的不锈钢板进行热处理，即可获得不锈钢耐沾污纳米涂层。

优选的，所述s1中原料加完后继续搅拌的时间为28-33min，该搅拌时间可保证溶胶液的搅拌均匀性。

优选的，所述s3中去离子水的冲洗时间为12-18min，热风机的吹干时间为3-7min。可保证不锈钢板的表面洁净且干燥，便于纳米溶胶涂覆液的涂覆和纳米涂层的形成。

优选的，所述s4中喷丸处理的方法是将纳米溶胶涂覆液放入弹丸室，纳米溶胶涂覆液和弹丸一起冲击不锈钢板表面形成纳米涂层。

优选的，纳米溶胶涂覆液和弹丸的质量比0.1-5：100，弹丸的直径为0.5-4mm，弹丸的冲击时间1-10min，该工艺条件有利于形成致密、均匀的纳米涂层。

优选的，所述s4中喷砂处理的方法是采用滴液给料的方式，边喷砂边滴加纳米溶胶涂覆液。

优选的，纳米溶胶涂覆液的滴加速度为0.1-1ml/min，便于形成均匀且致密的纳米涂层。

优选的，所述s5中热处理的温度为100-500℃，热处理的时间为1-3h。该热处理工艺能够提高涂层的硬度和附着力。

本发明的有益效果是：

(1)本发明不锈钢耐沾污纳米涂层中的纳米二氧化钛溶胶可提高涂层的亲水性，有利于去除不锈钢表面吸附的油污等有害污染物；氧化铝纳米溶胶可提高涂层的硬度和耐刮擦性；氧化硅纳米溶胶可使涂层持久保持亲水性。

(2)本发明采用在喷丸、喷砂或表面机械研磨处理过程中，直接将纳米溶胶涂覆液涂覆在不锈钢板表面，利用高速冲击过程中，弹丸或喷砂对纳米溶胶涂覆液和不锈钢板表面的冲击力、剪切力作用，将纳米溶胶涂覆液粘结在钢板表面，附着力强且形成的涂层致密、均匀。

(3)本发明提供的不锈钢耐沾污纳米涂层在不锈钢板表面产生哑光效果，通过改变表面粗糙度大小，可获得不同程度的漫反射，因此在不锈钢板表面不会产生彩虹斑，美观性强。

(4)本发明不仅适用于不锈钢表面，也适用于其它金属材料，如碳钢、铝及其合金。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1中纳米溶胶涂覆液的tem图；

图2是实施例1中具有纳米涂层的不锈钢板(a)与空白不锈钢板(b)的表面形貌对比图。

具体实施方式

实施例1

一种不锈钢耐沾污纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：

s1：取蒸馏水700ml，边搅拌边往蒸馏水中加入3％的二氧化钛纳米溶胶100ml、2％的氧化硅纳米溶胶100ml和1％的氧化铝纳米溶胶100ml，原料加完后继续搅拌30分钟；

s2：用盐酸调节s1中溶胶液的ph值，直至溶胶液澄清透明，制备出纳米溶胶涂覆液；

s3：用去离子水将不锈钢板表面清洗15min，然后用热风机吹5min；

s4：采用喷丸处理方式处理不锈钢板表面，将纳米溶胶涂覆液放入弹丸室，纳米溶胶涂覆液和弹丸一起冲击不锈钢板表面形成纳米涂层，然后鼓风吹干，其中纳米溶胶涂覆液和喷丸的质量比5：100，弹丸的直径为0.5mm，冲击时间10min；

s5：在氮气保护作用下，对s4中的不锈钢板进行热处理，热处理的温度为100℃，热处理的时间为3h，即可获得不锈钢耐沾污纳米涂层。

如图1所示，为纳米溶胶涂覆液的tem图，纳米溶胶涂覆液中纳米粒子的平均直径为5nm。

如图2所示，为具有纳米涂层的不锈钢板(a)与空白不锈钢板(b)的表面形貌对比图，与空白不锈钢板的光滑表面相比，具有纳米涂层的不锈钢板表面粗糙、不平整。

实施例2

一种不锈钢耐沾污纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：

s1：取蒸馏水700ml，边搅拌边往蒸馏水中加入3％的二氧化钛纳米溶胶100ml、2％的氧化硅纳米溶胶100ml和1％的氧化铝纳米溶胶100ml，原料加完后继续搅拌30分钟；

s2：用盐酸调节s1中溶胶液的ph值，直至溶胶液澄清透明，制备出纳米溶胶涂覆液；

s3：用去离子水将不锈钢板表面清洗15min，然后用热风机吹5min；

s4：采用喷丸处理方式处理不锈钢板表面，将纳米溶胶涂覆液放入弹丸室，纳米溶胶涂覆液和弹丸一起冲击不锈钢板表面形成纳米涂层，然后鼓风吹干，其中纳米溶胶涂覆液和喷丸的质量比0.1：100，弹丸的直径为3mm，冲击时间1min；

s5：在氮气保护作用下，对s4中的不锈钢板进行热处理，热处理的温度为500℃，热处理的时间为1h，即可获得不锈钢耐沾污纳米涂层。

实施例3

一种不锈钢耐沾污纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：

s1：取蒸馏水685ml，边搅拌边往蒸馏水中加入3％的二氧化钛纳米溶胶90ml、2％的氧化硅纳米溶胶85ml和1％的氧化铝纳米溶胶90ml，原料加完后继续搅拌28分钟；

s2：用盐酸调节s1中溶胶液的ph值，直至溶胶液澄清透明，制备出纳米溶胶涂覆液；

s3：用去离子水将不锈钢板表面清洗12min，然后用热风机吹3min；

s4：采用喷砂处理方式处理不锈钢板表面，采用滴液给料的方式，边喷砂边滴加纳米溶胶涂覆液在不锈钢板表面形成纳米涂层，然后鼓风吹干，其中纳米溶胶涂覆液的滴加速度为0.1ml/min；

s5：在氮气保护作用下，对s4中的不锈钢板进行热处理，热处理的温度为300℃，热处理的时间为1h，即可获得不锈钢耐沾污纳米涂层。

实施例4

一种不锈钢耐沾污纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：

s1：取蒸馏水715ml，边搅拌边往蒸馏水中加入3％的二氧化钛纳米溶胶110ml、2％的氧化硅纳米溶胶110ml和1％的氧化铝纳米溶胶115ml，原料加完后继续搅拌33分钟；

s2：用盐酸调节s1中溶胶液的ph值，直至溶胶液澄清透明，制备出纳米溶胶涂覆液；

s3：用去离子水将不锈钢板表面清洗18min，然后用热风机吹7min；

s4：采用喷砂处理方式处理不锈钢板表面，采用滴液给料的方式，边喷砂边滴加纳米溶胶涂覆液在不锈钢板表面形成纳米涂层，然后鼓风吹干，其中纳米溶胶涂覆液的滴加速度为1ml/min；

s5：在氮气保护作用下，对s4中的不锈钢板进行热处理，热处理的温度为100℃，热处理的时间为2h，即可获得不锈钢耐沾污纳米涂层。

表1为实施例1-4中具有纳米涂层的不锈钢板与空白不锈钢板的各项性能对比表。

表1

结合实施例1-4可知，与空白不锈钢板相比，具有纳米涂层的不锈钢板的粗糙度和维氏硬度都较大，油酸接触角较小，进行100次刮擦后油酸接触角虽有所增大，但仍然明显小于空白不锈钢板，说明本发明提供的不锈钢耐沾污纳米涂层硬度大，亲水性好，耐沾污，耐腐蚀，与不锈钢基底的附着力强。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。