一种耐水长效无机氧化锌超亲水涂料及其制备方法与应用

本发明属于功能涂料
技术领域：
，特别涉及一种耐水长效无机氧化锌超亲水涂料及其制备方法与应用。
背景技术：
：随着特殊功能性表面领域的高速发展，超润湿表面逐渐成为其重要组成部分之一，其中又以空气中超亲水表面的自清洁性能最为突出，通常用液体在固体表面的接触角数值大小来表征液体对固体表面的浸润程度。超亲水一般是指水滴可以完全浸润材料表面，使其接触角小于10°。超润湿表面的设计大多数都是参照大自然中存在的许多超润湿现象，现有的一些仿生材料的研究也是受到自然界中的一些动植物的超润湿现象所启发而设计出来的。如猪笼草投手叶口缘和轮辋具有超亲水性能，主要原因是其微观表面为粗糙的微织结构，并且带有粘稠状的亲水性液膜。一些陆生动物如蜘蛛，其喷吐的蛛丝具有超亲水的特性，蛛丝的超亲水特性加上蛛丝形状所产生的拉普拉斯压力，使得周围环境的水分能源源不断的通过蛛丝定向运输到蜘蛛本体，超亲水特性在这水的定向运输中起到减少水运输阻力的作用。随着现代社会对环保问题的日益关注以及生活环境的变化，人们对生活环境的清洁程度和环保程度有了更高的要求。在人们追求环保又高效自清洁的路上，发现无机超亲水涂料是解决该问题的有效手段之一。超亲水涂料的作用机理之一为：在亲水性物质的表面构造微-纳米尺寸粗糙度，当水滴接触到具有微-纳尺寸粗糙度的亲水性表面时，为了使整个体系处于一个能量平衡状态时，水滴首先会在固体表面铺展并渗透到这些微-纳米尺寸的粗糙结构中，然后剩余的水在水膜表面完全铺展开。虽然目前有机超亲水涂料在防污自洁、抗微生物粘附、防雾等领域展示出了优异的自清洁性能，然而其微纳米结构制备的复杂性和结构的脆弱性以及有机挥发性单体组会对环境的破坏性都会限制其在自清洁领域的发展。技术实现要素：为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种耐水长效无机氧化锌超亲水涂料。本发明另一目的在于提供一种制备上述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料的方法。本发明再一目的在于提供上述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料在防污自洁、抗微生物粘附、防雾等领域中的应用。本发明的目的通过下述方案实现：一种耐水长效无机氧化锌超亲水涂料，包括以下质量百分比计的制备原料：硅酸盐：30～60％，氧化锌：5～25％，水：10～40％，润湿剂：0.1～5％。优选地，耐水长效无机氧化锌超亲水涂料的制备原料中：所述硅酸盐优选为30～50％，所述氧化锌优选为15～25％，所述水优选为10～30％，所述润湿剂优选为0.5～2％。更优选地，所述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料，包括以下质量百分比计的制备原料：硅酸盐：50％，氧化锌：25％，水：24％，润湿剂：1％。所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸钾钠、硅酸锂和硅酸铝中的至少一种；优选为硅酸钠。硅酸盐含有易溶于水的碱金属离子，在水中会解离，硅酸盐的含量对涂料的耐水性具有较大的影响，硅酸盐占涂料的总量优选为35～50％，硅酸盐的含量不宜超过涂料总量的50％，过多会影响涂料的耐水性，使得涂层耐水性变差。所述氧化锌为粒径100μm的氧化锌、50μm的氧化锌、500nm的氧化锌和100nm的氧化锌中的至少一种；优选为500nm的氧化锌。氧化锌充当填料，具有粘结、耐水、耐洗刷、耐污性能，有助于提高材料整体的机械强度和耐久性。所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基甜菜碱中的至少一种；优选十二烷基磺酸钠。润湿剂为有机组分，具有促进涂料在各类型基材上延展润湿的性能，有助于提高涂料的涂刷和广泛应用的性能。一种制备上述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料的方法，包括以下步骤：先将润湿剂加入水中搅拌混合混匀，再加入氧化锌到溶有润湿剂的溶液中，搅拌得到分散均匀的白色溶液，最后加入硅酸盐搅拌混合均匀即可得到一种耐用的无机超亲水涂料。所述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料在防污自洁、抗微生物粘附、防雾等领域中的应用。一种超亲水耐磨涂层，通过将上述耐水长效无机氧化锌超亲水涂料涂覆在基体上，然后固化得到。本发明的机理：硅酸盐和氧化锌在常温混合条件下，硅酸盐有极好的渗透性，可渗入氧化锌之间，并通过硅酸钠的缩聚反应形成一个交替的-o-si-o-聚硅氧烷网络，将氧化锌粒子牢固的嵌入了硅氧烷网络中，这不仅提高了氧化锌粒子之间的界面相互作用，形成粗糙结构，而且增强了氧化锌粒子与衬底之间的结合力，这种涂层与基材以化学键结合并融为一体，以致于通常不把它们看作成膜型涂料，它们在本质上已成为了基材的涂层。同时由于硅酸盐和氧化锌都为无机高表面能化合物具有优良的亲水性能，因此这样所形成的涂层具有优良的超亲水自洁性能，再者氧化锌充当填料的加入，进一步提升涂层的整体机械性能和耐用性。本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本发明制备的耐用的无机超亲水涂料形成的涂层为平整刚性涂层，外观良好，具有优良的防污自洁和抗微生物粘附性能，同时具有长期水下稳定性和机械强度高的特性。可以利用涂料的防污自洁特性，将其用于建筑外墙和家居内壁等，并且其具有优异的水下疏油性能，可以用于油田和油水分离领域。本发明制备的耐用的无机超亲水涂料形成的涂层硬度达到9h，具有良好的耐磨性，1000次摩擦循环后仍然具有良好的超亲水和水下超疏油性能，涂层没有缺陷和脱落。本发明制备的耐用的无机超亲水涂料，具有环保和长期水下稳定等优点。适合用于各种金属、玻璃、陶瓷的表面处理，尤其适用于建筑物的内外墙的涂刷和油田的油水分离，具有保持墙体清洁，使墙面具有优良的防污自洁性能，满足人们对建筑物具有环保和自洁特性的高要求。附图说明图1为涂层a的实物图。图2为涂层a的在100g砝码的载荷下经过1000次摩擦循环前(左图)后(右图)的实物图。图3为涂层a的超亲水接触角图，左图为涂覆前，右图为涂覆后。图4为涂层a的在蒸馏水环境中浸泡7天后的实物图，左图为浸泡前，右图为浸泡后。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。实施例中耐用的无机超亲水涂料，包括以下质量百分比计的制备原料：硅酸盐：30～50％，氧化锌：15～25％，水：10～30％，润湿剂：0.5～1.5％。其中，硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸钾钠、硅酸锂和硅酸铝中的至少一种，优选硅酸钠。氧化锌为粒径100μm的氧化锌、50μm的氧化锌、500nm的氧化锌和100nm的氧化锌中的至少一种，优选500nm的氧化锌。润湿剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚和十二烷基甜菜碱中的至少一种，优选十二烷基磺酸钠。实施例所提供的耐用的无机超亲水涂料的制备方法，具体为：先将所述润湿剂加入蒸馏水中搅拌混合均匀，再加入所述氧化锌到溶有润湿剂的溶液中，高速搅拌得到分散均匀的白色溶液，滴加所述硅酸盐搅拌混合均匀即可得到一种耐用的无机超亲水涂料。实施例1本例提供了一种耐用的无机超亲水涂料的制品，该制品表面含有上述的无机超亲水涂料形成的无机超亲水和水下超疏油涂层。根据表1配比配比制备了四种耐用的无机超亲水涂料a～d；其中氧化锌的粒径为500nm，润湿剂为十二烷基磺酸钠。表1涂料a～d配比明细组分名称abcd硅酸钠50％60％45％50％氧化锌25％15％25％25％水24％24％29％23％润湿剂1％1％1％2％将涂料a～d采用浸涂的方式在120mm×150mm的玻璃板上制作涂层。先在低温下(50℃)烘烤10min，再高温(如220℃)烘烤30min后检测涂层性能，结果如表2所示。表2涂料a～d制得的涂层性能从上述性能检测结果可得，涂料a～d形成的涂层外观均为白色透明，超亲水性能合格。其中涂层a的水接触角为5°，自清洁性能好，且经过1000次摩擦后涂层保持完整，变化不大，说明涂层具有高耐磨性，以及在蒸馏水中浸泡七天后涂层保持平整完好不掉粉，说明其具有良好的水下稳定性。涂层b因为硅酸盐含量较高而导致耐水性能较其他实例样低，故严格控制涂料体系中硅酸盐的含量是至关重要的。图1为涂层a的实物图，从图中可以看出制备的耐用的无机超亲水涂料在基材上形成外观良好平整的白色涂层，并且涂层对基材有较好的粘结能力。图2为涂层a在100g砝码的载荷下经过1000次摩擦循环后的实物图，从图中可以看出涂层经过1000次摩擦循环后，外观依旧保持白色平整，无擦痕，说明该涂层具有优良的耐磨性。图3为涂层a在疏水的不锈钢网上涂覆前后接触角的区别，从图中可以看出，涂覆前不锈钢网上的接触角为113±6°呈疏水状态，而涂覆后的不锈钢网上水的接触角几乎为0°，证明涂层具有优异的超亲水自清洁性能。图4为涂层a在蒸馏水环境中浸泡7天后的实物图，涂层外观保持白色平整，几乎没变化，可以看出涂层a具有良好的水下稳定性。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12