用水玻璃製備超疏水二氧化矽塗層的製作方法

2023-07-20 17:05:26 2

專利名稱：用水玻璃製備超疏水二氧化矽塗層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由水玻璃製備超疏水二氧化矽塗層的方法，特別是一種簡便而且低成本的在常溫常壓和不需有機溶劑的條件下由水琉璃製備超疏水二氧化矽塗層的方法。
背景技術：
如果用低表面能材料形成類似於荷葉的微/納米級二重粗糙結構，使塗層表現出荷葉效應，實現塗層表面的自清潔性能。因而超疏水塗料的製備是荷葉效應塗料開發的一個重要方向。
二氧化矽本身是親水性的，為使其實現超疏水性，需要對其表面用低表面能的物質進行有機化改性；另一方面，還使其具有類似於荷葉表面的微觀粗糙度。水玻璃的主要成分是矽酸鈉，在稀釋和降低鹼性的條件下，可形成二氧化矽粒子。在由水玻璃製備二氧化矽時，一般需除去其中的鈉離子，除去鈉離子的方法或採用離子交換法，或採用有機溶劑置換法。US20100172815採用水玻璃作為二氧化矽原料，採用鹼性有機娃燒(如六甲基二娃氮燒)作為有機娃改性劑，將水玻璃稀釋至二氧化娃含量為I 10 %的溶液，加入有機矽烷，得到水凝膠，然後用有機溶劑置換其中的水，鈉離子則溶解於水中被除去。將含有有機溶劑的二氧化矽凝膠乾燥後得到二氧化矽粉體，這種粉體具有超疏水性。本發明採用簡便的方法，將水玻璃溶液用有機矽進行改性，得到的混合物在玻璃片或水泥板表面乾燥後得到的塗層在電子顯微鏡下可以看到微/納米二重微觀粗糙構造，塗層具有超疏水性。將混合物乾燥後也可得到超疏水粉體。無需對水玻璃進行脫除鈉離子的處理。

發明內容
本發明採用水玻璃作為原料，將水玻璃稀釋，加入有機矽的水解液，形成懸濁液。將懸濁液塗在玻璃片或金屬片上，在空氣中乾燥後，得到的表面塗層水接觸角達150°以上，具有超疏水性。採用本發明的方法，由水玻璃製備超疏水塗層時，無需使用有機溶劑，工藝簡單環保。本發明採用水玻璃水原料製備超疏水塗層的具體方法如下A.將有機矽組分在充分攪拌條件下溶解於水中，形成質量百分比濃度為5 20%有機矽的水溶液；B.將水玻璃用水稀釋至質量百分比濃度為10 25%的水玻璃溶液；C.在攪拌作用下將B步驟所得水玻璃的溶液加入A步驟所得的有機矽溶液中，形成白色懸濁液。D.將C步驟所得的白色懸濁液塗在需要塗覆的材料表面，在空氣中室溫乾燥後即得超疏水性塗層。其中，A步驟所述有機矽是指R1Si (OR2)3, R1可以是-CH3, -CH2CH3 ;R2是指-CH3或-CH2CH3。有機矽在水中的溶液濃度為質量百分比濃度5 20%，溶解狀態可以是完全溶解，也可以部分溶解形成乳濁液。B步驟所述水玻璃可以是通過固體矽酸鈉溶解而得到，也可以是工業水玻璃溶液。矽酸鈉和水玻璃的模數範圍為I 3. 3。C步驟中水玻璃溶液與有機矽溶液的質量比為I : 8 30。D步驟所述的超疏水性是指水接觸角大於150°。
具體實施例方式下面的實施例可以進一步說明本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例I
取固體矽酸鈉(Na2SiO3 · 9H20，模數為1)5克，溶於45克水中，形成質量百分比濃度為10%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3)3) 2克，溶於38克水中，充分攪拌溶解，形成5%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例2取固體矽酸鈉(Na2SiO3 ·9Η20，模數為I) 10克，溶於40克水中，形成質量百分比濃度為20%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3)3) 2克，溶於38克水中，充分攪拌溶解，形成5%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例3取固體矽酸鈉(Na2SiO3 ·9Η20，模數為I) 10克，溶於40克水中，形成質量百分比濃度為20%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si(OCH3)3) 10克，溶於190克水中，充分攪拌溶解，形成5%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例4取固體矽酸鈉(Na2SiO3 ·9Η20，模數為I) 10克，溶於40克水中，形成質量百分比濃度為20%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si(OCH3)3) 10克，溶於190克水中，充分攪拌溶解，形成5%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入150克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例5取固體矽酸鈉(Na2SiO3 ·9Η20，模數為I) 10克，溶於40克水中，形成質量百分比濃度為20%的水玻璃溶液；取甲基三乙氧基矽烷(CH3Si (OC2H5)3) 10克，溶於190克水中，充分攪拌溶解，形成5%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入150克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例6取液體水玻璃(模數為3. 3，固含量34%) 10克，溶於20克水中，形成質量百分比濃度約為11 %的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3) 3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。
實施例7取液體水玻璃(模數為3. 3，固含量34%) 10克，溶於10克水中，形成質量百分比濃度約為17%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3) 3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例8取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31%) 10克，溶於10克水中，形成質量百分比濃度約為16%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3) 3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。
實施例9取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31%) 10克，溶於10克水中，形成質量百分比濃度約為16%的水玻璃溶液；取乙基三甲氧基矽烷(C2H5Si (OCH3)3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例10取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31%) 10克，溶於10克水中，形成質量百分比濃度約為16%的水玻璃溶液；取乙基三甲氧基矽烷(C2H5Si (OCH3)3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例11取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31% ) 10克，加入2. 4克水中，形成質量百分比濃度約為25%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3)3) 10克，溶於90克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入100克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例12取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31%) 10克，加入10克水中，形成質量百分比濃度約為16%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3)3) 4克，溶於36克水中，充分攪拌溶解，形成10%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。實施例13取液體水玻璃(模數為2. 2，固含量31%) 10克，加入10克水中，形成質量百分比濃度約為16%的水玻璃溶液；取甲基三甲氧基矽烷(CH3Si (OCH3) 3) 10克，溶於40克水中，充分攪拌溶解，形成20%有機矽溶液。取水玻璃溶液5克在攪拌條件下加入40克有機矽的水溶液中，形成濁液在玻璃片表面乾燥後，得到的塗膜具有超疏水性。
權利要求
1.一種由水玻璃製備超疏水塗層的方法，其特徵在於所述超疏水塗層由以下方法製備， A.將有機矽組分在充分攪拌條件下溶解於水中，形成質量百分比濃度為5 20%有機矽的水溶液； B.將水玻璃用水稀釋至質量百分比濃度為10 25%的水玻璃溶液； C.在攪拌作用下將B步驟所得水玻璃的溶液加入A步驟所得的有機矽溶液中，形成白色懸濁液。
D.將C步驟所得的白色懸濁液塗在需要塗覆的材料表面，在空氣中室溫乾燥後即得超疏水性塗層。
2.根據權利要求I所述的超疏水塗層的製備方法，其特徵在於A步驟所述有機矽是指R1Si (OR2) 3，R1 可以是-CH3, -CH2CH3 ；R2 是指-CH3 或 _CH2CH3。
3.根據權利要求I所述的超疏水塗層的製備方法，其特徵在於A步驟所述有機矽在水中的溶液濃度為質量百分比濃度5 20 %，溶解狀態可以是完全溶解，也可以部分溶解形成乳濁液。
4.根據權利要求I所述的超疏水塗層的製備方法，B步驟所述水玻璃溶液可以是通過固體矽酸鈉溶解而得到，也可以是工業水玻璃溶液。矽酸鈉和水玻璃的模數範圍為I .3.3。
5.根據權利要求I所述的超疏水塗層的製備方法，C步驟中水玻璃溶液與有機矽溶液的質量比為I : 8 30。
6.根據權利要求I所述的超疏水塗層的製備方法，D步驟所述的塗層超疏水性是指靜態水接觸角大於150°。
全文摘要
本發明「用水玻璃製備超疏水二氧化矽塗層」涉及一種由水玻璃製備超疏水二氧化矽塗層的方法，特別是一種簡便而且低成本的在常溫常壓和不需有機溶劑的條件下由水琉璃製備超疏水二氧化矽塗層的方法。將水玻璃用水稀釋至質量百分比濃度為10～25％的水玻璃溶液，將有機矽組分在充分攪拌條件下溶解於水中，形成質量百分比濃度為5～20％有機矽的水溶液，然後將水玻璃溶液與有機矽溶液以質量比為1∶8～30混合均勻，所得混合體塗在需要塗覆的材料表面，在空氣中室溫乾燥後即得超疏水性塗層。本發明的塗層製備方法可用於玻璃、金屬和水泥等表面超疏水功能塗層的塗覆。
文檔編號C03C17/23GK102795787SQ20121029126
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者王英, 楊聲, 趙明 申請人:定西師範高等專科學校