环保型超疏水复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及外墙建筑涂料，具体涉及一种环保型超疏水复合材料以及制备方法。
【背景技术】
[0002] 据统计，我国有将近50%的城市出现中度污染，这些污染包括工业废气、汽车尾 气、雾霾等大大影响了建筑外墙的装饰性以及保护性，而如何提高外墙的耐沾污自清洁是 摆在涂料从业者面前的一大难题。目前自清洁的途径有两种：光催化超亲水涂层和超疏水 涂层。在超疏水涂层表层，表面与水的接触角大于150°，滑动角低于5°，水滴易在表面滑 落带走污染，从而达到自清洁的功效，这种自清洁的功能也成为"荷叶效应"。
[0003] 影响超疏水的静态接触角的因素主要有两个：表面能和界面几何结构。超疏水的 制备通过以下两种途径：（1)在微纳米结构表面修饰低表面能物质；(2)在具有低表面能的 表层构造微纳米结构。这两者缺一不可。许多方法如多方法如溶胶-凝胶法、物理/化学 气相沉积法、模板法、自组装法、相分离法、电化学沉积法、静电纺织法、氟类物质改性以及 粒子填充法，在这众多方法中，凝胶-溶胶法由于原料易得，操作步骤简单，不需要昂贵的 设备而被广泛使用。
[0004] 本发明采用St0ber法制备单分散合成粒径为100_200nm的Si02颗粒，采用硅烷偶 联剂进行团聚，形成微纳米结构，之后用疏水剂进行疏水改性，再与自制的聚氨酯-丙烯酸 酯共混，即可制备超疏水复合材料。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种环保型超疏水复合涂层以及制备方法，它解决了外墙的耐沾污自 清洁性较差的技术问题，本发明的超疏水复合涂层耐沾污自清洁性良好、原料易得，制备步 骤简便，具有较强的应用与工业化前景。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 技术方案（一）
[0008] -种环保型超疏水复合材料，由疏水改性的二氧化硅溶胶与聚氨酯-丙烯酸复合 乳液配制而成。
[0009] 进一步地，所述的疏水改性的二氧化硅溶胶是按照以下方法制备而成的：
[0010] 硅酸乙酯 90-100份 硅烷偶联剂 0.225-2.5份 疏水剂 0.225-1,25份 中和剂 0.225-2.5份 聚氨醋-丙烯酸复合乳液U怎-50份。.
[0011] 进一步地，所述硅烷偶联剂的浓度为l-10wt. %，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙 基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-二乙 烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
[0012] 进一步地，所述的疏水剂的浓度为l-5wt. %，所述的疏水改性剂为十六烷基三甲 氧基硅烷、十八烷基二甲氧基硅烷、十^烷基二甲氧基硅烷或十^烷基甲基^甲氧基硅烷 中的一种。
[0013] 进一步地，所述的中和剂是草酸。
[0014] 进一步地，所述的聚氨酯-丙烯酸复合乳液为LSPUA-970、PU-3280或PUA-2011M 的一种。
[0015] 进一步地环保型超疏水复合材料的制备方法如下：
[0016] 1)制备疏水改性的二氧化硅溶胶：
[0017] 在室温下，采用St0ber法将硅酸乙酯90-100份制备成单分散粒径为 100nm-200nm的Si02溶胶，之后继续搅拌制得SiO2溶胶，搅拌速率是200-400rmp，搅拌时间 是 3_4h;
[0018] 接着保持上述转速和温度，在3102溶胶中加入硅烷偶联剂0.225-2. 5份，之后立 刻加入中和剂〇. 225-2. 5份直到PH值为3后，停止加入中和剂；
[0019] 之后将上述体系的温度升高到60-65°C，保持上述搅拌速率搅拌30-60min，然后 加入疏水剂0. 225-1. 25份，再搅拌30-60min，即得到疏水改性的二氧化硅溶胶；
[0020] 2)制备超疏水复合材料：
[0021] 在室温下，将步骤1)制得的疏水改性的二氧化硅溶胶加入到搅拌缸中，转速调 为300-400rmp，之后缓慢加入聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液11. 25-50份，然后将转速提高到 800-1000rmp，搅拌 10-20min，终止反应。
[0022] 所述的St0be:r法是已知的技术，所以对其具体步骤不做详细介绍。
[0023] 本发明的原理：本发明采用Stdber法制备单分散合成粒径为100_200nm的Si02 颗粒，图1是TE0S水解制备二氧化硅溶胶的机理。采用硅烷偶联剂进行团聚，形成微纳米结 构，之后用疏水剂进行疏水改性，再与聚氨酯-丙烯酸酯共混，即可制备超疏水复合材料。 这种超疏水复合材料原料易得，制备步骤简便，因此具有较强的应用与工业化前景。
[0024] 本发明的优点：
[0025] (1)采用TE0S制备疏水改性二氧化娃溶胶，原料廉价易得，合成步骤简便，不需要 苛刻的操作条件，为今后的工业化奠定基础。
[0026] (2)超疏水复合材料采用聚氨酯-丙烯酸酯乳液为成膜剂，提高了超疏水复合材 料的附着力，改善掉粉现象。
[0027] (3)超疏水复合材料以水为介质，无毒、无害更加环保。
[0028] (4)超疏水复合材料因较低的表明能，污物较难在表面沉积，提高建筑涂料的抗污 性自清洁的功能。
【附图说明】
[0029] 图1是TE0S水解制备二氧化硅溶胶的机理；
[0030]图2是最佳实施例的超疏水复合材料的"荷叶"效果；
[0031] 图3是最佳实施例的经超疏水处理的质感漆膜的耐脏污测试效果。
【具体实施方式】[0032] 实施例1
[0033] 硅酸乙酯 100份 KH-540 0.225 份 十二烷基三甲氧基硅燒 0.225份 草酸 0.225份 LSPUA-970 11,25 份
[0034]1、疏水改性的二氧化硅溶胶的制备
[0035] 在室温下，采用沒德^啟法将硅酸乙酯制备成单分散粒径为l〇〇nm的Si02溶胶，之 后继续搅拌制得的Si02溶胶，搅拌速率是200rmp，搅拌时间是3h;
[0036] 接着在Si02溶胶中加入KH-540,之后立刻加入草酸0. 225份，测得PH值为3后停 止加入草酸；
[0037]之后将上述体系的温度升高到60°C，在搅拌速率为200rmp下搅拌30min后，保持 上述温度和搅拌速率，加入十二烷基三甲氧基硅烷，再搅拌30min，即可得到疏水改性的二 氧化硅溶胶。
[0038] 2、环保型超疏水复合材料的制备
[0039] 在室温下，将所述的疏水改性的二氧化硅溶胶加入到搅拌缸中，转速调为300rmp， 之后缓慢加入聚氨酯-丙烯酸复合乳液LSPUA-970，然后将转速提高到800rmp，搅拌lOmin， 终止反应。
[0040]实验表明：该超疏水涂层对水的接触角为142°，滑动角为10°，7天耐水实验，涂 层的对水的接触角为139°，滑动角为15°。
[0041] 实施案例2
[0042] 硅酸乙酯 90份 KH-550 1 份 十二烷基甲氧二甲基硅烷 1份 草酸 1份 PUA-2011M 50 份
[0043]1、疏水改性的二氧化硅溶胶的制备
[0044] 在室温下，采用Stdber法将硅乙酯制备成单分散粒径为120nm的Si02溶胶，之后 继续搅拌制得的Si02溶胶，搅拌速率是300rmp，搅拌时间是4h;
[0045] 接着在Si02溶胶中加入KH-550,之后立刻加入草酸1份，测得PH值为3后停止加 入草酸；
[0046]之后将上述体系的温度升高到65°C，在搅拌速率为200rmp下搅拌30min后，保持 上述温度和搅拌速率，加入十二烷基甲氧二甲基硅烷，再搅拌30min，即可得到疏水改性的 二氧化硅溶胶。
[0047] 2、环保型超疏水复合材料的制备
[0048] 在室温下，将所述的疏水改性的二氧化硅溶胶加入到搅拌缸中，转速调为300rmp， 之后缓慢加入聚氨酯-丙烯酸复合乳液PUA-2011M，然后将转速提高到900rmp，搅拌lOmin， 终止反应。
[0049]实验表明：该涂层对水的接触角为148°，滑动角为8°，涂层不掉粉，7天耐水实 验，涂层的对水的接触