一种硅氟化自洁玻璃纳米材料及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种硅氟化自洁玻璃纳米材料，由溶剂和活性成分组成；所述活性成分为氟化改性有机硅纳米粒子，其反应原料为正硅酸酯和氟改性烷基硅烷，其体积用量的比例为１．５～３∶０．１５～１．８。本发明专利技术还公开了上述硅氟化自洁玻璃纳米材料的生产方法，包括二个步骤：合成二氧化硅纳米粒子、二氧化硅纳米粒子的表面改性；加入的各反应物体积用量为溶剂∶水∶正硅酸酯∶氟改性烷基硅烷＝１００∶１．５～３∶１．５～３∶０．１５～１．８。本发明专利技术生产工艺简单，而且产品性能稳定，储存稳定性更高，具有优异的化学性能、低的表面能和良好的耐污性，用于玻璃表面处理，水与涂层的接触角大于１１０°。

Silicon fluoride self-cleaning glass nano material and production method thereof

The invention discloses a silicon fluoride nano self-cleaning glass material, composed of solvent and active ingredients; the active ingredients for fluoride modified silicon nanoparticles, the reaction raw material for tetraethyl ester and fluorine modified alkyl silane, the proportion of volume is 1.5 ~ 3, 0.15 ~ 1.8. The production method of the invention also discloses a silicon fluoride self-cleaning glass nano materials, including two steps: surface modification of synthetic silica nanoparticles and silica nanoparticles; the volume of each reactant amount added to the solvent: water: tetraethyl ester, fluorinated alkyl silane = 100: 1.5 to 3: 1.5 to 3: 0.15 - 1.8. The invention has simple production technology and stable product performance, high storage stability, surface chemical properties, has excellent low energy and good pollution resistance for glass surface treatment, coating and water contact angle greater than 110 deg..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于玻璃、陶瓷等的表面处理，使其表面具有防尘、防污、自 洁功能的硅氟化自洁玻璃纳米材料及其生产方法。
技术介绍
随着城市建设现代化程度的不断发展，玻璃幕墙在高层建筑物上的用量迅猛上 升。但是目前，绝大部分玻璃幕墙均存在着耐污染性差的问题，尤其在空气污染严 重、干旱少雨的北方地区，玻璃幕墙极易蒙尘纳垢，从而出现色泽不均匀，波纹各 异的现象，使得光反射不可控，导致光环境杂乱，破坏了城市景观。此外，玻璃幕 墙清洗的难度大，清洗过程中使用的高强度洗涤剂具有一定的腐蚀性，同时产生的 废水也给环境带来二次污染，而且清洁后不久又脏污如旧。因此，为了保持玻璃表 面长时间的清洁，并降低清洗难度，而出现了自清洁技术，即对玻璃表面进行自清 洁处理，以便利用自然雨水冲刷达到自然清洁的目的。自清洁玻璃除了具有节能节 水、节约人力、节约材料等优点之外，还可减少人工操作的危险性，并有助于改善 环境状态。此外，随着车辆以及日常生活对玻璃使用需求的增加，也对玻璃清洁的 便利性提出了更高的要求。为此，对玻璃的表面进行改性，突破了传统清洗的清洁方式，不仅方便了用户 的使用，而且有利于解决普遍关注的环保及能源问题，使得玻璃表面具有良好的自 洁功能这一技术具有广阔的应用空间和巨大的市场前景。目前，现有技术中的自清洁玻璃通常为二氧化钛自清洁玻璃，其制备技术有很 多，如化学气相沉积、磁控溅射、溶胶-凝胶方法等。然而，这些均是针对亲水性自 清洁玻璃的在线生产制造方法，生产过程复杂，成本高，而且大多对固化成膜的温 度要求比较高，难以对已上墙玻璃(或已使用玻璃)进行表面改性的自清洁处理。 此外，随着建筑物、车辆及日常生活对玻璃用量的不断增加，迫切需要对玻璃自清 洁处理技术进行改进，以适应日益增长的使用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于玻璃、陶瓷表面的防污、 防尘、使表面具有良好的自洁功能的硅氟化自洁玻璃纳米材料。本专利技术的另一目的 在于提供这种硅氟化自洁玻璃纳米材料的生产方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现本专利技术提供的一种硅氟化自洁玻璃纳米材料，其特征在于由溶剂和活性成分 组成；所述活性成分为氟化改性有机硅纳米粒子，其反应原料如下 正硅酸酯，结构式为Si(OC2H5)4;氟改性垸基硅烷，结构式为Rr"CH2CH2Si(OR,)3， R,为甲基或乙基，Rf具有 如下通式CF3—CnFmH2n.m， n=0 12的正整数，m为整数，且0<m<2n;或其不 同结构长链氟改性烷基硅烷的混合物；所述反应原料的体积用量为正硅酸酯氟改性垸基硅垸=1.5 3 : 0.15 1.8，优选2 3 : 0.3 1.2;活性成分氟化改性有机硅纳米粒子的制备过程分为二步通过水解正硅酸酯合 成制备二氧化硅纳米粒子；然后使用氟改性垸基硅烷对二氧化硅纳米粒子进行表面改性而制得氟化改性有机硅纳米粒子。有机硅涂料是一类广泛应用的高性能涂料，具有良好的耐高低温、耐老化、憎 水、电绝缘性、难燃和无毒无腐蚀等性能，但耐溶剂、耐油等性能并不理想。用氟 改性烷基硅烷进行改性，可使涂料兼具有机硅涂料和氟碳树脂涂料二者优异性能。 在有机硅涂料中，引进有机氟基团，在不改变有机硅涂料固有的优异性能的同时， 可以进一步降低硅树脂的表面能，改善涂层的耐油、耐溶剂、耐化学药品等性能。本专利技术的另一目的通过以下技术方案予以实现本专利技术提供的上述硅氟化自洁玻璃纳米材料的生产方法，包括以下步骤1) 合成二氧化硅纳米粒子将溶剂置于反应器中并进行搅拌，然后加入水，用碱催化剂调节反应体系的pH值为9 12.5，在反应温度35t! 5(rC下，将正硅酸酯 加入到反应器中，搅拌水解0.5 2h;2) 二氧化硅纳米粒子的表面改性用酸催化剂调节上述水解反应制得的二氧化硅纳米粒子体系的pH值为4.0 7.0;然后加入氟改性烷基硅垸，在反应温度35°C 50'C下反应2 6h;反应完毕，用中和试剂调节反应体系的pH值为4.0 7.0，过滤 反应产物即得氟化改性有机硅纳米涂料；加入的各反应物体积用量为溶剂水正硅酸酯氟改性烷基硅烷=100 :1.5么3 : 1.5 3 : 0.15 1.8，优选100 : 2 3 : 2 3 : 0.3 1.2。本专利技术所述溶剂为对环境友好的乙醇、低毒性的异丙醇或其混合物。本专利技术生 产方法所述步骤l)的碱催化剂可以为氢氧化钠、氨水、三乙胺、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵或六甲基二硅氮垸。所述步骤2)的酸催化剂可以为酸催化剂为盐酸、 硫酸、乙酸、磷酸或三氟乙酸；中和试剂为氨水、氢氧化钠或六甲基二硅氮烷。由本专利技术生产方法制得的硅氟化自洁玻璃纳米材料为淡蓝色或无色透明的乙醇 或异丙醇溶液。具有良好的稳定性，室温下放置6个月，不分层，无明显沉淀；活 性组分为纳米尺寸的氟改性有机硅纳米粒子，与玻璃表面具有良好的附着力；固化 后的涂层表面具有优异的"水珠荷叶效应"，水与涂层的接触角大于110°。本专利技术具有以下有益效果(1) 生产工艺简单，而且产品性能稳定，储存稳定性更高。(2) 涂层与玻璃表面以化学键结合，附着力强。本专利技术涂料的纳米粒子彼此交联反应而形成纳米涂层，而且涂层与玻璃表面以 化学键结合，附着力强，耐擦洗或雨水的冲洗，可长时间发挥其自洁功效。(3) 具有优异的化学性能、低的表面能和良好的耐污性。本专利技术制备的涂料，除了具备有机硅涂料的耐高低温、憎水等优异性能之外， 氟化烷基的引入，还具备了氟碳树脂涂料所具有的耐溶剂、高的化学稳定性等性能。 含氟的烷基基团具有低的表面能，会自发地排在外表面，使基材表面具有低的表面 能，污染物难以黏附在表面，因此具有良好的耐污性。使用后，基材表面光滑如玉 并具有类似荷叶表面的水珠效果，在雨水或水的冲洗下，带走污染物，表面易于清 洁，能有效延长保洁时间，具有良好的自洁性。(4) 涂层无色透明，具有良好的耐紫外老化性能涂料使用后，固化的涂层为无色透明薄膜，不影响基材的外观；对300-900 nm 的光线无吸收，故不影响玻璃的透明度，而且具有良好的耐紫外老化性能，可以长 时间发挥其功能。(5) 使用方便，环境友好施工简单，挥发物主要为乙醇或异丙醇，对环境友好。具体实施方式下面给出实施例对本专利技术进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用 于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术 熟练人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整仍属于本专利技术 的保护范围。由于所用主要原料皆为液体，为了便于说明，下述所有份数为体积份。实施例一本实施例硅氟化自洁玻璃纳米材料的生产方法，包括以下二个步骤1) 合成二氧化硅纳米粒子将500份乙醇作为溶剂置于反应器中并进行搅拌，加入15份水。然后加入浓氨 水调节该体系的pH值为10。在反应温度4(TC下，将15份正硅酸乙酯加入到反应 器中，水解反应1.0h。2) 二氧化硅纳米粒子的表面改性用稀盐酸将上述反应体系的pH值调节为6.0，加入1.5份十三氟辛基三甲氧基 硅烷，在35。C下继续反应6h，得浅蓝色溶液。用氨水调节反应体系的pH值为7.0， 过滤反应产物即得氟化改性有机硅纳米涂料。本实施例制得的涂料，用于玻璃表面的处理，涂层表面与水的接触角为11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅氟化自洁玻璃纳米材料，其特征在于：由溶剂和活性成分组成；所述活性成分为氟化改性有机硅纳米粒子，其反应原料如下：　正硅酸酯，结构式为：Ｓｉ（ＯＣ↓［２］Ｈ↓［５］）↓［４］；　氟改性烷基硅烷，结构式为：Ｒ↓［ｆ］－ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｓｉ（ＯＲ↓［１］）↓［３］，Ｒ↓［１］为甲基或乙基，Ｒ↓［ｆ］具有如下通式：ＣＦ↓［３］－Ｃ↓［ｎ］Ｆ↓［ｍ］Ｈ↓［２ｎ－ｍ］，ｎ＝０～１２的正整数，ｍ为整数，且０＜ｍ＜２ｎ；或其不同结构长链氟改性烷基硅烷的混合物；　所述反应原料的体积用量为正硅酸酯∶氟改性烷基硅烷＝１．５～３∶０．１５～１．８；　活性成分氟化改性有机硅纳米粒子的制备过程分为二步：通过水解正硅酸酯合成制备二氧化硅纳米粒子；然后使用氟改性烷基硅烷对二氧化硅纳米粒子进行表面改性而制得氟化改性有机硅纳米粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许京丽，欧阳喜仁，诸泉，陈建军，
申请(专利权)人：广州市白云化工实业有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]