超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及自清洁玻璃领域，公开了一种超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁玻璃及其制备方法。所述超亲水自清洁涂料组合物含有改性纳米二氧化硅溶胶、锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶和水；以固态溶胶的总物质的量为基准，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40‑70％，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的摩尔分数为30‑60％。所述超亲水自清洁玻璃其结构自上而下依次包括所述超亲水自清洁涂料组合物形成的涂层，玻璃板。本发明专利技术还包括超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁玻璃及其制备方法。本发明专利技术超亲水自清洁涂料组合物具有优异超亲水性能和光催化降解性能的增透、耐候，又表现出良好的自清洁性能，同时涂布工艺施工操作简单，可实现多领域、大面积施工应用。

Composition of super-hydrophilic self-cleaning coating, super-hydrophilic self-cleaning glass and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁玻璃及其制备方法
本专利技术涉及自清洁玻璃领域，具体涉及一种超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁涂料、超亲水自清洁玻璃及其制备方法。
技术介绍
自清洁玻璃的研制主要是通过在玻璃表面涂覆一层具有自清洁性能和具有一定增透作用的涂料。自Fujishima和Honda发现TiO2电极能够光分解水产生氢气这一现象40多年以来，人们对TiO2在太阳能转换和环境清洁方面的应用进行了广泛的研究。在众多TiO2的应用中，最有趣和有吸引力的一项研究就是关于TiO2自清洁表面的研究，这种表面可以利用太阳光和自然降雨来保持自身的洁净，从而能够节省维护的时间、费用以及能源，净化空气，减少环境污染。自清洁玻璃抗污的机理就是，玻璃表面的自清洁涂层主要由锐钛矿型TiO2组成，锐钛矿型TiO2具有很高的光催化活性，TiO2被太阳光中的紫外线所激发，能够分解沾在其表面的油污。TiO2的超亲水性就是其在紫外光的激发下，表面的水滴会扩散、流动，这样水会带走表面的脏污。遗憾的是，TiO2有比较高的折射系数(锐钛矿型TiO2n≈2.52)，当将其应用在太阳能电池、温室大棚、幕墙玻璃时，TiO2的含量须降低到较低的范围以此降低涂料的光折射率，但是TiO2的量降低以后，势必会影响涂料的自清洁性能。因此，通过调整光催化性和透过性之间的平衡，来制备自清洁且增透的TiO2涂料被广泛研究。与此同时，由于SiO2具有比较小的折射系数(n≈1.5)，通常会将TiO2粉体和SiO2溶胶复合来制备具有超亲水性、抗反射的涂层，现有这种TiO2与SiO2复合的自清洁涂料存在制备方法复杂、亲水效果不佳、透光性较差、涂层表面不平整以及耐候性差。目前，超亲水自清洁涂层的制备方法主要包括模板法、粒子填充法、溶胶凝胶法、磁控溅射法、层层自组装法、等离子体技术等，但是这些制备方法存在工艺复杂、条件苛刻、设备昂贵、生产成本高等问题，从而不利于超亲水自清洁涂料的实际使用。基于以上分析，亟待开发一种具有优异超亲水性能、光催化降解性能的增透、耐候且生产成本低的自清洁涂料，进而开发简单可行的涂布施工方法，制得高性能自清洁玻璃，促进自清洁玻璃技术发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中自清洁玻璃表面的涂层存在亲水效果不佳、透光性较差、涂层表面“发花”、耐候性差以及制备复杂等问题，提供一种超亲水自清洁涂料组合物、超亲水自清洁玻璃及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种超亲水自清洁涂料组合物，含有改性纳米二氧化硅溶胶、锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶和水；以固态溶胶的总物质的量为基准，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40-70％，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的摩尔分数为30-60％。本专利技术第二方面提供一种超亲水自清洁涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：(1)改性纳米二氧化硅溶胶的制备：在酸性条件下，将水滴加到正硅酸乙酯、醇和硅烷偶联剂的混合物中，得到改性纳米二氧化硅溶胶；(2)超亲水自清洁涂料的制备：将制得的改性纳米二氧化硅溶胶与锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶、水混合，得到超亲水自清洁涂料。本专利技术第三方面提供一种由上述的方法制备得到的超亲水自清洁涂料组合物。本专利技术第四方面提供一种超亲水自清洁玻璃，其结构自上而下依次包括所述超亲水自清洁涂料组合物形成的涂层，玻璃板。本专利技术第五方面提供一种超亲水自清洁玻璃的制备方法，将所述超亲水自清洁涂料组合物均匀擦涂或喷涂在玻璃板表面，干燥。本专利技术第六方面提供由上述的方法制备得到的超亲水自清洁玻璃。与现有技术相比，本专利技术超亲水自清洁涂料组合物不仅具有收缩率低，粘结强度高，防水的特点，而且具有优异超亲水性能和光催化降解性能的增透、耐候，同时又表现出良好的自清洁性能，满足玻璃涂料自清洁应用性能要求。本专利技术的超亲水自清洁涂料组合物的涂布工艺具有施工操作简单，涂层表面平整光滑，并一定程度上能改善涂膜的光透过性，为自清洁玻璃的制造提供有力支撑；而且还可实现常温固化，突破了传统固化方式对实际应用领域的限制，从而可实现多领域、大面积施工应用。本专利技术的超亲水自清洁玻璃具有优异的超亲水性、增透性和光催化分解有机物特性，可广泛用于民用玻璃、工业玻璃领域。附图说明图1是SiO2与TiO2之间不同摩尔分数对涂料可见光(450-500nm)透过率的影响。图2是超亲水纳米自清洁涂料组合物涂层的附着力测试图。图3是超亲水纳米自清洁涂料组合物涂层的微观形貌测试图，其中，(a)是超亲水自洁涂层表面SEM图；(b)是超亲水自洁涂层表面的TEM图；(c)是超亲水自洁涂层横截面的SEM图；(d)是超亲水自洁涂层表面的AFM图。图4是超亲水自洁涂层截面的AFM数据图。图5是超亲水纳米自清洁涂层紫外光催化分解罗丹明B的测试图。图6是超亲水纳米自清洁涂层使用效果测试图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种超亲水自清洁涂料组合物，含有改性纳米二氧化硅溶胶、锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶和水；以固态溶胶的总物质的量为基准，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40-70％，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的摩尔分数为30-60％。专利技术人针对现有技术中自清洁玻璃表面的涂层存在亲水效果不佳、透光性较差、涂层表面发花以及耐候性差的问题进行了深入研究，发现了TiO2与SiO2的不同摩尔分数对接触角和可见光透过率的影响，见表1中SiO2的摩尔分数对涂料超亲水性的影响和图1的SiO2与TiO2不同摩尔分数对涂料可见光(450-500nm)透过率的影响。表1从表1中可以看出，随着SiO2摩尔分数的上升，涂层的水接触角先变小后变大，当SiO2的摩尔分数在40％～70％时，水接触角低于10°。从图1中可以看出，随着SiO2量的增多，涂层的可见光(450-500nm)透过率呈增大趋势，当SiO2的摩尔分数为40％～100％时，透过率超过100％，涂层具有明显的增透效果。从测试结果可以看出，具有较低折射系数的SiO2(折射系数n≈1.5)的加入可以提高TiO2涂层对可见光的透过率。综上，专利技术人在涂层超亲水性、可见光透过率以及光催化效率之间寻求了一个适宜平衡点，折中选择了改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40-70％之间的配比，有利于实现超亲水性和高透明性以及优异光催化性能的统一，进而在民用、工业玻璃领域中实现了自清洁玻璃超亲水和自清洁性能的统一。本专利技术超亲水自清洁涂料组合物是通过具有固化活性的组分交联而成，不仅具有收缩率低，粘结强度高，防水、耐候性的特点，而且具有超亲水性，成膜后水接触角小于8°，并在可见光范围内具有很高的透过率，成膜后可见光区透光率大于100％，不影响玻璃的光学性能，同时又表现出良好的自清洁性能，满足玻璃涂料自清洁应用性能要求。根据本专利技术，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数例如，可以为40％、50％、60％、70％以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值，为了进一步同时提高超亲水性和光透过率，优选为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，含有改性纳米二氧化硅溶胶、锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶和水；以固态溶胶的总物质的量为基准，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40‑70％，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的摩尔分数为30‑60％。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，含有改性纳米二氧化硅溶胶、锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶和水；以固态溶胶的总物质的量为基准，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为40-70％，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的摩尔分数为30-60％。2.根据权利要求1所述的超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅溶胶的摩尔分数为50-60％。3.根据权利要求1或2所述的超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅溶胶是通过正硅酸乙酯、无水乙醇、硅烷偶联剂在酸性条件下水解制得。4.根据权利要求3所述的超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。5.根据权利要求1或2所述的超亲水自清洁涂料组合物，其特征在于，所述锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶包括锐钛矿型二氧化钛纳米粒子和溶剂，其中，所述锐钛矿型二氧化钛纳米粒子的重量百分比为0.1～20％，优选为0.5-1％；优选地，所述溶剂选自水或醇类；优选地，所述醇类选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇和正丁醇中的一种或多种。6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的超亲水自清洁涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)改性纳米二氧化硅溶胶的制备：在酸性条件下，将水滴加到正硅酸乙酯、醇和硅烷偶联剂的混合物中，得到改性纳米二氧化硅溶胶；(2)超亲水自清洁涂料的制备：将制得的改性纳米二氧化硅溶胶与锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶、水混合，得到超亲水自清洁涂料。7.根据权利要求6所述的超亲...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡雪迎，智云霞，张林，姜春华，
申请(专利权)人：新材料与产业技术北京研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11