本发明涉及纳米涂料技术领域，具体涉及一种防尘自洁纳米涂料及其制备方法。
背景技术：
现有的防尘涂料主要以氟碳聚合物和有机硅聚合物为主，通过氟碳化合物和有机硅化合物表面的低表面张力实现耐沾污效果，但现有的防尘涂料对长期接触灰尘的器具如空调，空气净化器，吸尘器、油烟机和电子设备风扇等表面，防尘效果并不理想，时常在表面及内部发生灰尘堆积的现象，而且现有的防尘涂料成本较高，制备工艺复杂，多以溶剂型涂料为主，对人体危害较大。
纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使涂料获得新的功能。因此，纳米涂料逐步在涂料行业中兴起，纳米涂料一般由纳米材料与有机涂料复合而成，采用纳米级单体浆料及纳米乳液、纳米色浆、纳米杀菌剂、纳米多功能助剂等制备而成，与现有涂料相比其产品综合性能和质量大大优于其同类产品。
有鉴于此，本发明设计了一种用于室内家电、厨具、电子产品等，需要防止灰尘堆积、耐沾污，并且可以自洁的新型纳米涂料，用以满足人们的需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防尘自洁纳米涂料及其制备方法，利用纳米自组装技术在材料表面形成有序的凹凸结构，这种纳米级凹凸结构的“滚珠效应”能效阻止污物在表面富集，从而满足室内家电、厨具等器具的防尘、耐沾污需要。
为实现上述目的，本发明提供了一种防尘自洁纳米涂料。具体地，所述防尘自洁纳米涂料按照质量份数包括：纳米二氧化硅5～10份、去离子水100～150份、胶黏剂5～10份、消泡剂0.1～0.3份和分散剂0.1～0.3份。
优选地，所述防尘自洁纳米涂料按照质量份数包括：纳米二氧化硅6～8份、去离子水120～140份、胶黏剂6～8份、消泡剂0.2～0.3份和分散剂0.2～0.3份。
优选地，所述防尘自洁纳米涂料按照质量份数包括：纳米二氧化硅7份、去离子水130份、胶黏剂7份、消泡剂0.25份和分散剂0.25份。
优选地，所述防尘自洁纳米涂料还包括无水乙醇，所述无水乙醇质量份数为10～20份。
优选地，所述纳米二氧化硅为无定形二氧化硅；所述胶黏剂为水性丙烯酸树脂；所述消泡剂为聚醚改性二甲基硅氧烷；所述分散剂为二丁基萘磺酸盐和二或异丙基萘磺酸盐中的一种。
优选地，所述无定形二氧化硅粒径为10～80nm，粒径分布指数小于0.06。
优选地，所述水性丙烯酸树脂为溶液或者乳液，固含量为30～40％，重均分子量不低于2000。
本发明第二方面提供了一种防尘自洁纳米涂料的制备方法。具体地，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将纳米二氧化硅、胶黏剂、消泡剂和分散剂，在搅拌条件下均匀分散到去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；
步骤二、将所述纳米二氧化硅水浆料加热至45～55℃，在搅拌条件下缓慢滴加无水乙醇；
步骤三、滴加完毕后，50℃恒温搅拌4～6h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
优选地，所述步骤一中搅拌线速度不低于20m/s，搅拌时间为2～8h。
优选地，所述步骤二中搅拌线速度不低于15m/s；所述步骤三中搅拌线速度为2～10m/s。
本发明方法具有如下优点：
本发明的防尘自洁纳米涂料，各组分间相互协同，利用二氧化硅表面的硅羟基间氢键的相互作用，在材料表面形成具有“滚珠”效应的纳米膜层，使灰尘因无法附着而迅速掉落，有效地防止了灰尘污物粘附，从而延长保洁时间；本发明的防尘自洁纳米涂料的制备方法，以易于取得的纳米二氧化硅、胶黏剂、消泡剂和分散剂为原材料，以无污染的去离子水为主要溶剂，生产工艺简单，反应条件温和，生产成本低，其产品不含有害的挥发性有机化合物，是一种新型绿色环保涂料。
附图说明
图1为本发明提供的防尘自洁纳米涂料(SEM)图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明提供的防尘自洁纳米涂料(SEM)图。如图1所示，在7000倍电镜下，防尘自洁纳米涂料颗粒分散均匀，颗粒较小，且形成了一层纳米尺寸的凹凸结构。其原理在于，利用二氧化硅表面的硅羟基彼此的一个氢键相互作用，在材料表面自组装一层致密的纳米二氧化硅层，其表面纳米级别的凹凸结构起到“滚珠”一样的效果，让灰尘在外力作用下轻易地从表面滑落，而其中的黏合树脂的作用就是提高纳米二氧化硅与基底材的附着强度。
实施例1
本实施例的防尘自洁纳米涂料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、将7份粒径为60nm，粒径分布指数小于0.03的无定形二氧化硅、7份固含量为35％，重均分子量不低于2500的水性丙烯酸树脂溶液、0.25份聚醚改性二甲基硅氧烷和0.25份异丙基萘磺酸盐，在线速度不低于30m/s的搅拌条件下搅拌5h均匀分散到130份去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；
步骤二、将所述纳米二氧化硅水浆料加热至45℃，在线速度不低于15m/s的搅拌条件下缓慢滴加15份无水乙醇；
步骤三、滴加完毕后，50℃恒温线速度为5m/s的搅拌条件下搅拌6h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
实施例2
本实施例的防尘自洁纳米涂料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、将8份粒径为80nm，粒径分布指数小于0.02的无定形二氧化硅、10份固含量为38％，重均分子量不低于2000的水性丙烯酸树脂乳液、0.3份聚醚改性二甲基硅氧烷和0.3份二丁基萘磺酸盐，在线速度不低于25m/s的搅拌条件下搅拌7h均匀分散到140份去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；
步骤二、将所述纳米二氧化硅水浆料加热至50℃，在线速度不低于15m/s的搅拌条件下缓慢滴加20份无水乙醇；
步骤三、滴加完毕后，50℃恒温线速度为10m/s的搅拌条件下搅拌4.5h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
实施例3
本实施例的防尘自洁纳米涂料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、将10份粒径为20nm，粒径分布指数小于0.05的无定形二氧化硅、5份固含量为32％，重均分子量不低于3000的水性丙烯酸树脂乳液、0.15份聚醚改性二甲基硅氧烷和0.2份二或异丙基萘磺酸盐，在线速度不低于20m/s的搅拌条件下搅拌8h均匀分散到120份去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；
步骤二、将所述纳米二氧化硅水浆料加热至55℃，在线速度不低于20m/s的搅拌条件下缓慢滴加16份无水乙醇；
步骤三、滴加完毕后，50℃恒温线速度为2m/s的搅拌条件下搅拌5.5h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
实施例4
本实施例的防尘自洁纳米涂料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、将6份粒径为40nm，粒径分布指数小于0.045的无定形二氧化硅、6份固含量为30％，重均分子量不低于2100的水性丙烯酸树脂溶液、0.1份聚醚改性二甲基硅氧烷和0.1份二丁基萘磺酸盐，在线速度不低于40m/s的搅拌条件下搅拌4h均匀分散到100份去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；
步骤二、将所述纳米二氧化硅水浆料加热至52℃，在线速度不低于15m/s的搅拌条件下缓慢滴加10份无水乙醇；
步骤三、滴加完毕后，50℃恒温线速度为8m/s的搅拌条件下搅拌4h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
实施例5
本实施例的防尘自洁纳米涂料的制备方法，按以下步骤制备：
将5份粒径为10nm，粒径分布指数小于0.06的无定形二氧化硅、8份固含量为40％，重均分子量不低于3200的水性丙烯酸树脂溶液、0.2份聚醚改性二甲基硅氧烷和0.15份二丁基萘磺酸盐，在线速度不低于45m/s的搅拌条件下搅拌2h均匀分散到150份去离子水中，制得纳米二氧化硅水浆料；50℃恒温线速度为4m/s的搅拌条件下搅拌5.8h，冷却到室温，即制得防尘自洁纳米涂料。
将实施例1～5中的各组分配比和方法制备的防尘自洁纳米涂料，进行附着力、铅笔硬度、耐磨性、耐乙醇、耐湿热性、耐擦洗性、耐水性及耐侯性检测，其结果见表1。
实施例1～5中粒径的粒度分布测量结果，使用多分散指数(PDI)表示，不过本领域技术人员完全能够理解粒度分布根据算法的不同，相同或相近的粒度分布会有不同的表示，其结果均应在本发明的保护范围之内。
表1为实施例1～5制备得到的防尘自洁纳米涂料各项技术指标
从表1中可以看出，本发明实施例1～5制备得到的防尘自洁纳米涂料各项技术指标高于现有纳米涂料的标准指标。其中，实施例1～5制备得到的防尘自洁纳米涂料在附着力、漆膜硬度(GB/T6739-2006)、耐磨性(GB/T1768-79(89))测试结果均满足使用性能要求；耐水性、耐乙醇、耐湿热性和耐候性也均满足使用环境要求。
将实施例1～5中的各组分配比和方法制备的防尘自洁纳米涂料，进行筛余物测试、总挥发性有机物及防尘等级的测量，其中，防尘等级通过ISO 8502-3的标准方法(压敏粘带法)进行测定，灰尘的尺寸共分为五个等级:
对实施例1～5制备的防尘自洁纳米涂料进行防尘等级评级时，每个实施例不少于3次独立试验，若试验结果不是均匀分布在一个或一个以下的数量等级上，做两次以上平行试验，取平均值，其结果见表2。
表2为实施例1～5制备得到的防尘自洁纳米涂料各项功能性指标
从表2中可以看出，本发明实施例1～5制备得到的防尘自洁纳米涂料外观为透明液体(干燥后)且无机械杂质；总挥发性有机物测试结果显示本发明的防尘自洁纳米涂料在添加无水乙醇时，TVOC含量小于10g/L，不添加无水乙醇时，TVOC含量为0g/L，均符合国家环境标志产品提出的技术要求的涂料产品；通过ISO 8502-3标准检测其防尘性能，本发明的防尘自洁纳米涂料为1级。
此外，本发明制备方法操作简单，原料价廉环保，易于实现工业化。制得的防尘自洁纳米涂料不含有害的挥发性有机化合物，是一种新型绿色环保涂料。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。