一种节水防垢的新型厕具涂层及其制备方法

本发明涉及涂料，尤其是涉及一种防垢节水的新型厕具涂层。

背景技术：

1、随着乡村城市化的步伐逐渐加快，水冲厕所已成为当前人们普遍采用的排水模式，尿液作为生活污水的一部分，由自来水运输至城市污水处理厂进行集中处理。尿液中所含的氮、磷、钾分别占生活污水的87％、50％、54％，而其体积却不到污水的1％。这种处理方式不仅消耗了大量的清洁自来水资源，增加了水厂的脱氮除磷负荷，氮、磷等物质被当作污染物去除，还不能实现资源的回收利用。

2、从源头上进行尿液的单独收集和处理能有效减少排入水体中的富营养元素，实现氮、磷、钾等矿物资源的回收，减少清洁用水也适用于农村干旱缺水地区。但在示范工程的实践中，尿液中尿素极易发生水解氨化，导致ph升高形成磷酸盐沉淀物，尿液结垢问题凸显，成为制约源分离排水系统推广使用的瓶颈。然而，目前对于厕具结垢问题研究较少，很难采取有效防垢措施和除垢方法。

3、目前，有3种方法可以延缓或防止结垢：阻垢剂、水预处理和表面处理。前两种方法均能有效延缓结垢，但所需水量大，且存在潜在的水污染，成本较高。而第三种是对厕具进行改性，厕具改进作为前端技术，是提高后续处理效率的基础。

4、厕具改进主要方向是节水以及粪便和尿液的源头分离，可通过便器的结构优化、表面材料改性、气体使用(负压、正压、气泡)等。表面材料改性不改变原有的建造和使用习惯，且只有少量的固体表面需要改性以达到防垢目的，无需增加其他设备，有望提高对人类粪便的非粘性以节约清洁用水，是厕具改进的重要方向。

5、现已有研究通过对普通便器表面涂加特氟龙涂层达到使便器表面光滑的目的，从而减少冲厕水用量，辅以负压现已应用于航空高铁领域，但由于其耐磨性差、生产成本等问题，马桶特氟龙涂层翻修并不普遍，其他材料表面涂层改性也极少用于厕具改进。因此亟需开发一种高效阻垢、耐磨、节水的新型厕具涂层。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种节水防垢磨的新型厕具涂层及其制备方法。本发明通过在厕具基材上涂装新型涂层实现高效防垢、节水、耐磨的目标，并与有机硅、氟碳涂料进行对比，可以解决厕具使用过程中表面结垢、老化磨损、废水等问题，提高工作效率并延长使用寿命。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种防垢节水的新型厕具涂层，所述涂层的制备方法包括以下步骤：对待涂覆的工件喷砂，除净工件表面砂粒与灰尘，并进行预热，同时进行涂料熟化；喷漆，最后进行固化；

4、所述的喷砂使用棕刚玉砂或白刚玉砂，喷砂后工件表面粗糙度3.0～3.5μm；

5、所述的预热温度为55～60℃；

6、所述的涂料组分包括二氧化硅溶胶、硅烷混合物、酸性催化剂、防锈助剂；

7、所述的固化温度低温段为80～100℃，时间5～10min；高温段为260～280℃，时间15～20min。

8、优选的，所述二氧化硅溶胶ph＝9～10，粒径为6～8nm，固体份30％。

9、优选的，所述硅烷混合物组分包括甲基三甲氧基硅烷81～84％，正硅酸乙酯9～10％，剩余部分为不粘助剂，所述不粘助剂为羟基硅油。

10、优选的，所述酸性催化剂包括盐酸3.8～4％，乙酸25％～28％，异丙醇47～50％，对甲苯磺酸11～13％，去离子水为余量。

11、优选的，所述防锈助剂包括异丙醇90～92％，八甲基三硅氧烷3～4％。三乙醇胺硼酸酯2～3％，去离子水为余量。

12、优选的，二氧化硅溶胶、硅烷混合物、酸性催化剂各自用量比例分别为34～34.5％、38～40％、4.2～4.5％，防锈助剂为余量。

13、上述涂层性能表征包括阻垢率、节水率、耐磨性测试。其中，

14、所述阻垢率测试采用挂片阻垢实验，挂片规格为40mm×20mm浸泡在模拟结垢液中，采用磁力搅拌水浴加热装置保持55℃，加速结垢；

15、所述节水率测试，将合成粪便便投放到样品表面后，置于冲水装置中，确定完全清除粪便所需的水量；

16、所述平面耐磨性测试是将样品固定在耐磨测试仪上，用1.5公斤的砝码，使用3m7447c工业百洁布，同时加入0.5％浓度的常用洗洁精溶液浸润磨擦面，在试样表面平整区域往复摩擦，每500次，更换一次百洁布。

17、本发明有益的技术效果在于：

18、(1)新型涂层表面结垢率增加显著变慢，阻垢率高达96.90％，高于氟碳36.66％、有机硅75.19％；

19、(2)与无涂层表面相比，新型涂层表面可以保持对人类粪便的非粘性，可减少高达72.73％的清洁用水；

20、(3)新型涂层平面耐磨性强，可延长厕具使用寿命，降低使用成本。

技术特征：

1.一种防垢节水的新型厕具涂层，其特征在于，所述涂层的制备方法包括以下步骤：对待涂覆的工件喷砂，除净工件表面砂粒与灰尘，并进行预热，同时进行涂料熟化；喷漆，最后进行固化；

2.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，所述二氧化硅溶胶ph＝9～10，粒径为6～8nm，固体份30％。

3.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，所述硅烷混合物组分包括甲基三甲氧基硅烷81～84％，正硅酸乙酯9～10％，剩余部分为不粘助剂。

4.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，所述酸性催化剂包括盐酸3.8～4％，乙酸25％～28％，异丙醇47～50％，对甲苯磺酸11～13％，去离子水为余量。

5.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，所述防锈助剂包括异丙醇90～92％，八甲基三硅氧烷3～4％。三乙醇胺硼酸酯2～3％，去离子水为余量。

6.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，二氧化硅溶胶、硅烷混合物、酸性催化剂各自用量比例分别为34～34.5％、38～40％、4.2～4.5％，防锈助剂为余量。

7.根据权利要求3所述的厕具涂层，其特征在于，所述不粘助剂为羟基硅油。

8.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，喷漆方法采用压缩空气喷涂法，喷枪口径为1.0～1.5mm，雾化工作压力为2.5～3.0kg/cm2。

9.根据权利要求1所述的厕具涂层，其特征在于，喷漆得到的总膜厚度为30～40μm，底漆膜厚为25～30μm，面漆膜厚为5～10μm。

技术总结
本发明公开了一种节水防垢的新型厕具涂层，制作工艺是：厕具基材经过工件喷砂，除油/尘，预热，同时进行涂料熟化后，喷漆，最后将涂层固化。本发明的新型涂层与无涂层表面相比，结垢率增加显著变慢，阻垢率达96.9％；可以保持对人类粪便的非粘性，可减少约72.73％的清洁用水；平面耐磨性强，可延长厕具使用寿命，降低使用成本。

技术研发人员：张超杰,薛颖,赵云梦,李力锋
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15