一种超亲水涂料及形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法

本发明涉及一种超亲水涂料，还涉及基于上述涂料形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法。

背景技术：

1、玻璃在建筑、光伏，光学仪器、农业温室、汽车视窗等技术领域均有广泛应用，然而其表面的结露起雾和灰尘积聚现象，不但影响其美观性，同时由于透光率下降导致设备功能失效，甚至会引发安全事故，因此解决玻璃表面的起雾和灰尘积聚问题具有极大的现实意义。

2、为实现玻璃表面的防雾、自清洁效果，传统方法通过在玻璃表面涂覆纳米级tio2涂层，在受到太阳光中的紫外光照射后，tio2固体表面生成空穴(h+)和电子(e-)。空穴(h+)使玻璃表面的水蒸气氧化形成大量的亲水基团(-oh)，由于-oh对水分子的强烈吸附作用，能够使玻璃表面的冷凝液滴快速铺展形成水膜，从而极大地减少光线通过样品时因折射和散射导致的损失，起到防雾效果。同时，电子(e-)能够将附着在表面的有机物氧化为co2、h2o等简单的无机物。当雨水滴落在涂层表面时，由于表面亲水基团-oh与水之间形成氢键作用力要远大于灰尘等污染物与玻璃表面的范德华力，因此水取代灰尘等污染物吸附于涂层表面形成水膜，表面上原来吸附的灰尘等污染物则被水带走而实现自清洁效果。但是这种传统的防雾自清洁涂层对太阳光强度有很大的依赖，在夜晚、阴天或建筑物的阴面效率低下。同时传统涂层表面的疏松多孔结构，在外力冲击下容易被破坏，亲水性难以长效保持，无法实现长效防雾自清洁效果。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种超亲水涂料，本发明另一目的旨在提供基于上述涂料形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法。

2、技术方案：本发明所述的超亲水涂料，由如下质量份数的组分混制而成：1～3份丙烯酸树脂、0.3～1份氨基树脂、2～4份正硅酸四乙酯、1～2份氨水、0.5～2份纳米颗粒、0.2～0.5份纳米管、1～3份阴离子表面活性剂和90～95份水。

3、其中，所述涂料的ph值为8～10。

4、其中，所述丙烯酸树脂(p299190)的平均分子量为～2000；所述氨基树脂(mr-603)的分子量为300～600。选用的两种树脂在涂料配制及涂层固化过程中发生交联固化，固化后分子量会增大。分子量过低导致涂层强度偏低，分子量过大导致涂料粘度大，液体流平性差，涂层表面粗糙，影响涂层的透明性。

5、其中，所述纳米颗粒为二氧化硅或氧化铝中的至少一种，所述纳米颗粒的粒径为5～10nm。

6、其中，所述纳米管为埃洛石纳米管，所述纳米管的管径为10～30nm，管长为0.5～2μm。

7、其中，所述阴离子表面活性剂为α-烯基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、十六烷基磺酸钠或十六烷基硫酸钠中的一种。

8、正硅酸四乙酯在氨水调节的ph＝8～10的碱性溶液中发生不完全水解形成的大量-si-oh，与引入的埃洛石纳米管、sio2、al2o3纳米粒子表面富含的大量-oh以及丙烯酸树脂携带的-cooh，会脱水缩聚分别形成醚键和酯基，同时丙烯酸树脂和氨基树脂发生的酰胺化反应能够使涂层形成致密的三维立体网络结构。涂层中各组分之间的共价键结合力使涂层具有超高耐磨性能。另外，由于埃洛石纳米管内壁带有正电荷，溶液中引入的阴离子表面活性剂被快速地吸附到纳米管内部，增加了表活迁移出涂层的空间位阻，延缓了表面活性剂在润湿或泡水环境中的释放速度。同时，sio2、al2o3纳米粒子的引入在提高涂层致密性的同时能够进一步增加表面活性剂的迁移位阻，因此涂层在煮沸2h后仍表现出良好的防雾自清洁性能，从而具有长效防雾、自清洁功能。

9、基于上述超亲水涂料形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法，包括如下步骤：

10、(1)将清洁处理后的玻璃基底进行活化处理：将玻璃基底先用无水乙醇做去脂处理(用无水乙醇浸泡30min)，然后将玻璃基底放入过氧化氢与浓硫酸的混合溶液中，浸泡10～30s后取出，用水冲洗、干燥后备用；玻璃基底在过氧化氢和浓硫酸的混合溶液中浸泡后，表面形成大量的-si-oh，与涂层中的-oh、-nh2以及-cooh发生化学交联反应，使涂层与基底之间具有强大的结合力，进一步提高涂层的耐磨性能；

11、(2)将涂料以浸涂、喷涂、辊涂或刮涂的方式涂覆在步骤(1)的玻璃基底表面，固化后在玻璃基底表面形成耐磨、耐煮超亲水涂层。

12、其中，步骤(1)中，过氧化氢与浓硫酸的混合体积比为3：7；过氧化氢的质量浓度为30％；浓硫酸的质量浓度为98％。

13、其中，步骤(2)中，固化条件为在150～220℃下加热15min。在高温下固化能够促进三维立体强交联网络结构的形成，使涂层表现出优异的耐磨性能，taber摩擦磨损实验证明，涂层在承受250g载荷的cs-10f磨轮摩擦2000圈后，仍具有良好的防雾性能。

14、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的优点：(1)本发明采用粒径为5～10nm的球形纳米粒子和管径为10～30nm，管长为0.5～2μm的埃洛石纳米管作为涂层的复合填料，使形成的防雾自清洁涂层具有高的透光率和超高的耐磨性能，taber摩擦磨损实验证明，涂层在承受250g载荷的cs-10f磨轮摩擦2000圈后，仍保持良好的防雾性能；(2)通过纳米管对表面活性剂的负载，协同纳米粒子在涂层中的紧密堆积以及树脂对填料的包覆作用，增加了表面活性剂的迁移位阻，延缓了其在泡水或润湿环境中的流失速度，涂层在煮沸2h后，仍具有良好的防雾自清洁性能；(3)同时由于涂层表面的光滑结构，降低了污染物与涂层表面的接触面积，形成的水膜能够更快地将污染物与涂层表面隔离，实现自清洁效果。

技术特征：

1.一种超亲水涂料，其特征在于，由如下质量份数的组分混制而成：1～3份丙烯酸树脂、0.3～1份氨基树脂、2～4份正硅酸四乙酯、1～2份氨水、0.5～2份纳米颗粒、0.2～0.5份纳米管、1～3份阴离子表面活性剂和90～95份水。

2.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述涂料的ph值为8～10。

3.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述丙烯酸树脂的分子量为800～1000。

4.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述氨基树脂的分子量为300～600。

5.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述纳米颗粒为二氧化硅或氧化铝中的至少一种，所述纳米颗粒的粒径为5～10nm。

6.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述纳米管为埃洛石纳米管，所述纳米管的管径为10～30nm，管长为0.5～2μm。

7.根据权利要求1所述的超亲水涂料，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为α-烯基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、十六烷基磺酸钠或十六烷基硫酸钠中的一种。

8.基于权利要求1所述的超亲水涂料形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法，其特征在于：步骤(1)中，过氧化氢与浓硫酸的混合体积比为3：7；过氧化氢的质量浓度为30％；浓硫酸的质量浓度为98％。

10.根据权利要求8所述的形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法，其特征在于：步骤(2)中，固化条件为在150～220℃下加热15～20min。

技术总结
本发明公开了一种超亲水涂料，由如下质量份数的组分混制而成：1～3份丙烯酸树脂、0.3～1份氨基树脂、2～4份正硅酸四乙酯、1～2份氨水、0.5～2份纳米颗粒、0.2～0.5份纳米管、1～3份阴离子表面活性剂和90～95份水。本发明还公开了基于上述超亲水涂料形成耐磨、耐煮超亲水涂层的方法，具体为：将清洁处理后的玻璃基底进行活化处理；将涂料以浸涂、喷涂、辊涂或刮涂的方式涂覆在玻璃基底表面，固化后在玻璃基底表面形成耐磨、耐煮超亲水涂层。

技术研发人员：张友法,邓伟林,余新泉
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14