专利名称：纳米改性表面防雾剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及表面防雾剂的制备，特别涉及一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。
背景技术：
玻璃表面雾化给人们的日常生活、工作和生产带来诸多不便，目前防雾的主要措施可分为两类一是从热力学角度出发，通常利用电加热使雾滴在极短的时间转变为水蒸气，从玻璃表面去除。这类防雾技术目前主要应用于汽车、航空以及一些高档装修装饰领域，然而成本较高，而且对电的依赖使其应用范围受到限制。二是从材料表面化学状态出发，通过改变玻璃表面对水的润湿程度，从根本上解决防雾问题，具有低成本优势，应用广泛。当前主要通过表面涂膜的方法对玻璃表面进行改性，研究表明，表面高度的疏水化或亲水化都可赋予玻璃防雾的功能。疏水性防雾膜是在玻璃表面涂布一层疏水性物质，使表面对水的接触角增大，当接触角接近180°时，小雾滴会聚集形成大的水滴，水滴在其自身重力的作用下滑落，获得 防雾的效果。最常见的疏水性防雾膜的防雾组分主要是含氟高分子树脂。该树脂与水的接触角较大，具有较好的耐侯性，但存在加工成膜困难，生产工艺要求高，造价昂贵等不足，限制了其广泛应用。更重要的是，目前这类薄膜还难以做到完全不润湿，在高湿度环境下有大量水汽迅速冷凝时仍会出现起雾现象，因此对疏水性防雾膜的研究较少。相对而言，亲水性防雾膜受到了广泛的关注。通过在玻璃表面涂布亲水膜，减小对水的接触角，当接触角接近0°时，雾滴在基材表面高度铺展，形成一层均匀的水膜，从而消除了光线的漫反射现象，达到防雾的目的。目前主要是使用表面活性剂实现防雾。表面活性剂是一种两亲分子，分子中的一部分具有亲水性，而另一部分则有亲油性(憎水性)。憎水基吸附在玻璃上，而亲水基显露在玻璃表面，使得小水滴能扩散于玻璃表面形成透明性极高的水膜，避免了小水滴对光的漫反射所造成的雾化现象。通过将表面活性剂溶于有机溶剂或水中，直接涂布于玻璃制品表面，即可实现防雾。该方法使用简便，成本较低，但由于没有生成真正意义上的膜，导致耐久性差，易被擦除或溶解，使防雾时效缩短。因此，迫切需要开发一种长寿命的亲水性防雾膜。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。本发明提供的纳米改性表面防雾剂的制备方法，包括如下步骤(I)将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为I : l(Tl 20进行混合，然后缓慢加入到pH值为4飞的硝酸水溶液中，控制硝酸水溶液的水用量使正硅酸乙酯与水的质量比为I 6^1 10，在60°C下反应l 12h，获得聚合物型SiO2溶胶；(2)将SiO2溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体按SiO2 纳米氧化物有机硅单体的质量比I : (O. I I) (I 5)进行混合，按SiO2 :酸催化剂质量比为I : (O. 005 O. 05)加入酸催化剂，在60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；(3)在纳米改性有机-无机复合溶胶中，依次加入有机硅单体和表面活性剂，两者用量按SiO2 有机硅单体表面活性剂质量比为I : (0.5 2) (O. Γ1)进行添加，经60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性表面防雾剂。在本发明步骤(2)中，所述粒子型纳米氧化物溶胶是SiO2颗粒溶胶、TiO2颗粒溶胶、Al2O3颗粒溶胶中的至少一种；溶胶粒子的平均粒径为5 30nm，固含量为10% ;溶胶使用前，在其中加入质量为溶胶质量O. 19Tl%的双氧水进行预处理，处理时间l 8h，以此增加溶
胶粒子表面羟基含量。在本发明步骤(2)中，有机硅单体为KH550、KH560、KH570中的至少一种。在本发明步骤(2)中，酸催化剂为盐酸、硝酸、醋酸中的至少一种。 在本发明步骤(3)中，有机硅单体为KH550、KH560、KH570中的至少一种。在本发明步骤(3)中，表面活性剂为十二烷基叔胺盐、十六烷基三甲基溴化铵、二乙醇单异丙醇胺中的至少一种。本发明的有益效果在于与现有制备技术相比，本发明具有以下特点利用溶胶-凝胶反应控制技术制备有机硅与无机聚合物型SiO2溶胶的复合物，用作防雾膜的成膜物质，并通过接枝技术使亲水性表面活性剂牢固附着于成膜物中。更为重要的是，利用纳米级富含羟基的高活性亲水氧化物颗粒，通过有机硅的原位水解-聚合，使纳米氧化物颗粒均匀分散于成膜物中，一方面通过其亲水性与其构造的薄膜微观粗糙结构的协同作用，进一步提高薄膜防雾性能；另一方面，利用纳米颗粒充实薄膜结构，显著提高薄膜耐磨等力学性能。因此，通过以上创新技术的实施与协同，可综合提高防雾剂的防雾能力和耐磨性能，从而解决现有防雾剂使用后易被擦除或溶解、防雾时效短等问题。
具体实施例方式以下通过实例进一步对本发明进行描述。本发明中纳米改性表面防雾剂的制备方法包括如下几个步骤(I)将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为I : l(Tl 20进行混合，然后缓慢加入到pH值为4飞的硝酸水溶液中，控制硝酸水溶液的水用量使正硅酸乙酯与水的质量比为I 6^1 10，在60°C下反应l 12h，获得聚合物型SiO2溶胶；(2)将SiO2溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体按SiO2 :纳米氧化物有机硅单体的质量比I : (o.fl)(广5)进行混合，按SiO2 :酸催化剂质量比为
I (O. 005、. 05)加入酸催化剂，在60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；(3)在纳米改性有机-无机复合溶胶中，依次加入有机硅单体和表面活性剂，两者用量按SiO2 有机硅单体表面活性剂质量比为I : (0.5 2) (O. Γ1)进行添加，经60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性表面防雾剂。各实施例中的试验数据见下表
权利要求
1.ー种纳米改性表面防雾剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)将正硅酸こ酯与无水こ醇按质量比为I: 1(T1 20进行混合，然后缓慢加入到pH值为4飞的硝酸水溶液中，控制硝酸水溶液的水用量使正硅酸こ酯与水的质量比为I 6^1 10，在60°C下反应l 12h，获得聚合物型SiO2溶胶； (2)将SiO2溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体按SiO2纳米氧化物有机硅单体的质量比I (0. Tl) (f 5)进行混合，按SiO2 :酸催化剂质量比为I (0.005 0.05)加入酸催化剂，在60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶； (3)在纳米改性有机-无机复合溶胶中，依次加入有机硅单体和表面活性剤，两者用量按SiO2 :有机硅单体表面活性剂质量比为I : (0. 5 2) (0. f I)进行添加，经60°C水浴反应Ih 5h，获得纳米改性表面防雾剂。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述粒子型纳米氧化物溶胶是SiO2颗粒溶胶、TiO2颗粒溶胶、Al2O3颗粒溶胶中的至少ー种；溶胶粒子的平均粒径为5^30nm,固含量为10% ;溶胶使用前，在其中加入质量为溶胶质量0. 19^1%的双氧水进行预处理，处理时间llh，以此增加溶胶粒子表面羟基含量。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述有机硅单体是KH550、KH560或KH570中的至少ー种。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述酸催化剂是盐酸、硝酸或醋酸中的至少ー种。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述有机硅单体是KH550、KH560或KH570中的至少ー种。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述表面活性剂是十二烷基叔胺盐、十六烷基三甲基溴化铵、ニこ醇单异丙醇胺中的至少ー种。
全文摘要
本发明涉及表面防雾剂的制备，旨在提供一种纳米改性表面防雾剂的制备方法。包括步骤将正硅酸乙酯与无水乙醇进行混合，然后缓慢加入到硝酸水溶液中，在60℃下反应1~12h，获得聚合物型SiO2溶胶；将SiO2溶胶、粒子型纳米氧化物溶胶、有机硅单体进行混合，加入酸催化剂，在60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性有机-无机复合溶胶；依次加入有机硅单体和表面活性剂，经60℃水浴反应1h～5h，获得纳米改性表面防雾剂。本发明可综合提高防雾剂的防雾能力和耐磨性能，从而解决现有防雾剂使用后易被擦除或溶解、防雾时效短等问题。
文档编号C08K9/02GK102850549SQ20121032780
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者申乾宏, 王奕人, 王新敏, 杨伟 申请人:杭州纳琪达纳米科技有限公司