一種納米防霧劑的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種含有納米二氧化硅的防霧劑的制備方法，先將硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水混合制成溶液，然后將溶液升溫至60℃～90℃，并攪拌1～2小時，再向溶液中加入氨水，繼續攪拌1～2小時，形成乳白色凝膠，得到pH值為9～10.5的弱堿性納米二氧化硅水溶膠，再將納米二氧化硅水溶膠與硅烷偶聯劑、固化促進劑和穩定劑攪拌混合1~24小時，再加入表面活性劑與醇類溶劑的混合物攪拌，最后以無機酸調節pH即制得pH8～10的納米防霧劑。該方法具有納米二氧化硅制作過程容易控制，性能優良且穩定等優點，所制備的防霧劑防霧效果優良，硅烷偶聯劑和固化促進劑的加入使粘結更牢固，效果更持久，同時成本低，使用方便。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于涂覆于基體材料包括玻璃、塑料及金屬表面的防霧劑的制備方法，具體涉及一種含有納米二氧化硅的防霧劑的制備方法。
技術介紹
透明表面的霧化，給人們帶來很多不便，防止霧化的方法有多種，而防霧劑是一種較為經濟實惠的方法，而且能耗低，應用前景很廣。防霧劑的基本原理是以表面活性劑為主要成分，在基體材料表面形成一層親水膜以防止霧珠產生，保持光線的透過率。目前防霧劑的制作方法有的是直接將表面活性劑涂到基體上，而更多的是在基體上涂覆高分子膜，其包括丙烯酸酯類防霧涂料、有機聚硅氧烷防霧劑、聚氧乙烯多元醇類防霧劑等，如美國專利US3212909公開了一種以月桂磺基酸鈉為主要成分的防霧劑；美國專利US5244935公開了一種經紫外固化后可以防霧的胺聚合物制備方法；歐洲專利EP5244935公開了一種用包含羥基聚合物活性劑來實現防霧的方法；但是，上述方法中的防霧成分與基體材料缺乏有效的相互作用，致使防霧效果持續時間短。中國專利CN03117059. 5在防霧劑中引入納米二氧化鈦(TiO2)粒子，二氧化鈦中的光催化活性會降解防霧劑中的表面活性成分，因而也不利于改善防霧劑的穩定性和持久性。中國專利200810099062. 7公開了一種以酸性納米二氧化硅和四烷氧基硅烷Si (OR)4為組分的用于提高親水性的二氧化硅涂層制備方法，該涂料系統在酸性下才顯示防霧特性，同時由于稍強一點的酸促使硅氧烷鍵的水解聚合反應加快，納米二氧化硅粒子在所形成的有凝膠傾向的網狀結構中易于團聚，從而導致穩定性降低，特別是四個烷氧基硅烷在酸催化下水解，形成鏈狀分支的硅氧聚合物，鏈狀硅氧聚合物與基體材料的相互作用有限，而且表面基團在鏈上的缺失導致聚合物缺乏韌性而變脆，使得涂層防霧效果持續時間短，同時由于目前納米二氧化硅溶膠的制取存在反應時間長、原料昂貴、副產物多等缺點，使該方法在具體實施時難度。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種通過硅酸四乙酯在堿催化條件下獲得弱堿性納米二氧化硅水溶膠，并以此為原料制取能顯示防霧特性、且能與基體材料形成堅韌、牢固的結構、防霧效果好、持續時間久、生產工藝簡單的納米防霧劑的制備方法。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是 ，包括以下步驟 (1)將硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水混合制成溶液，然后將溶液升溫至60°C 90°C，并攪拌I 2小時，再向溶液中加入氨水，繼續攪拌I 2小時，形成乳白色凝膠，得到pH值為9 10. 5的弱堿性納米二氧化硅水溶膠；(2)將步驟(I)得到的納米二氧化硅水溶膠與硅烷偶聯劑、固化促進劑和穩定劑攪拌混合f 24小時，反應充分后加入表面活性劑與醇類溶劑的混合物攪拌O. 5^4小時，以無機酸調節pH即制得pH 8 10的納米防霧劑。進一步地，所述步驟(I)中硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水的體積比為1: (1. 5 2.5) : (3 6)。所述步驟(I)中氨水的質量百分比濃度為28%，述氨水的加入量為硅酸四乙酯體積的I 5倍。再進一步地，所述步驟(2)中納米二氧化硅水溶膠、硅烷偶聯劑、固化促進劑、穩定齊U、表面活性劑及醇類溶劑的質量百分比分別為 納米二氧化硅水溶膠50 99% 硅烷偶聯劑O. 02 40% 表面活性劑O. 001 30% 固化促進劑O. 01 5% 穩定劑O. 001 2% 醇類溶劑O 10% 無機酸O 10%。所述硅烷偶聯劑結構為RSi (OR)3，其中R為烷基、烯基或芳香基基團。所述表面活性劑為甜菜堿類、吡咯烷酮類、葡萄糖苷類、烷基甘油酯類、烷基聚甘油酯類、烷基二乙醇胺類、烷基山犁醇酯類中的一種或幾種的組合。所述固化促進劑為丙烯酰胺、已內酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺中的一種或幾種的組口 ο所述穩定劑為氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉中的一種或幾種的組合。所述醇類溶劑為乙醇、乙二醇中的一種或兩種的組合。所述無機酸為稀鹽酸、稀醋酸、稀硝酸中的一種或幾種組合。 采用上述技術方案后，本專利技術達到的有益效果是 (O以硅酸四乙酯為原料制備納米二氧化硅，過程容易控制，能夠獲得尺寸較小，一般在5 20nm、均勻性、分散性好、較穩定的納米二氧化硅； (2)以硅酸四乙酯為原料制備的納米二氧化硅粒子比表面積大，達300平方米/克以上，能在基體表面迅速形成網狀結構，親水性能好，在堿催化條件下使RSi (OR) 3與表面活性劑在其表面鍵合形成帶有親水基團-OH的納米二氧化硅粒子的凝聚體，從而使其容易被玻璃等親水表面長時間吸附； (3)采用結構為RSi(OR)3的硅烷偶聯劑，并與醇類溶劑共同使用，加強了納米顆粒和基體材料的連接，在基體材料表面形成多孔的骨架結構，增加表面能，與硅直接相連的R基團使得涂層的韌性增加，提高涂層的強度和穩定性，同時對二氧化硅粒子產生改性，最大程度降低了納米二氧化硅粒子間的相互作用，使納米二氧化硅粒子更容易更均勻地分散、粘附于玻璃等基體體表面； (4)本專利技術采用甜菜堿類、吡咯烷酮類等表面活性劑，能更好地促進納米二氧化硅粒子的分散，同時通過添加量的控制，使粒子穩定性能增強，更主要的是活性劑的親水基團與空氣中的水分子相互作用，使其在基體材料表面鋪展成水膜，從而防止霧珠產生，防霧效果更持久;(5)采用丙烯酰胺、已內酰胺、N，N-二甲基甲酰胺等作為固化促進劑，能加快涂層聚合速度，提高涂層的交聯度，縮短固化時間，從而提高涂層的耐久性，并顯著提高涂刷防霧劑的基體的抗劃傷性能； (6)本專利技術采用氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉作為穩定劑，提高了雙電層厚度，使納米顆粒在溶液中的穩定性受表面雙電層厚度影響減弱，從而大大提高防霧劑的保持壽命。綜上，本專利技術通過以硅酸四乙酯為原料制備納米二氧化硅，工藝過程簡單，產品性能較高，所制備的納米防霧劑防霧效果優良，硅烷偶聯劑和固化促進劑的加入加強了防霧劑對基體材料表面的粘附作用，使防霧的持久性提高到28天以上，同時成本低，使用方便。具體實施例方式實施例1 (1)制納米二氧化硅水溶膠將20L硅酸四乙酯、50L乙二醇、120L去離子水混合制成溶液，然后將溶液升溫至90°C，并攪拌I小時，再向溶液中加入20L質量百分比濃度為28%的氨水，繼續攪拌I小時，形成乳白色凝膠，得到PH值為9、所含納米二氧化硅質量百分比濃度為30%、納米二氧化硅粒子大小為5 30納米的弱堿性納米二氧化硅水溶膠； (2)按比例稱取下列原材料 納米二氧化硅水溶膠(步驟(I)制備)5 kg ； 硅烷偶聯劑KH550 O. 5 kg ； 無水甜菜堿O.1 kg 丙烯酰胺O. 2 kg ; 碳酸氫鈉O. 001 kg 乙二醇O. 209 kg O.1N 醋酸0.050kg; (3)將硅烷偶聯劑KH550、丙烯酰胺、納米二氧化硅水溶膠及碳酸氫鈉攪拌18小時后，加入無水甜菜堿與乙二醇的混合液攪拌混合2小時，并加入O.1N醋酸調節pH值得到pH為9的防霧劑； (4)檢測試驗取少量該防霧劑涂于玻璃片上，于100°C烘干后，放于盛有開水的玻璃杯上方約IOcm處并將涂有防霧劑的一面朝向玻璃杯內側，5秒后，觀察水蒸氣下的防霧效果涂膜過的玻璃片清楚透明，無霧珠產生，具有良好的防霧效果；該玻璃片在濕度為60%、溫度為23°C的恒溫恒濕箱內放置28天后，以水蒸氣試驗仍透明無本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米防霧劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）將硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水混合制成溶液，然后將溶液升溫至60℃～90℃，并攪拌1～2小時，再向溶液中加入氨水，繼續攪拌1～2小時，形成乳白色凝膠，得到pH值為9～10.5的弱堿性納米二氧化硅水溶膠；（2）將步驟（1）得到的納米二氧化硅水溶膠與硅烷偶聯劑、固化促進劑和穩定劑攪拌混合1~24小時，反應充分后加入表面活性劑與醇類溶劑的混合物攪拌0.5~4小時，以無機酸調節pH即制得pH?8～10的納米防霧劑。

【技術特征摘要】
1.一種納米防霧劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水混合制成溶液，然后將溶液升溫至60°c 90°C， 并攪拌I 2小時，再向溶液中加入氨水，繼續攪拌I 2小時，形成乳白色凝膠，得到pH 值為9 10. 5的弱堿性納米二氧化硅水溶膠；(2)將步驟(I)得到的納米二氧化硅水溶膠與硅烷偶聯劑、固化促進劑和穩定劑攪拌混合f 24小時，反應充分后加入表面活性劑與醇類溶劑的混合物攪拌O. 5^4小時，以無機酸調節pH即制得pH 8 10的納米防霧劑。2.根據權利要求1所述的一種納米防霧劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中硅酸四乙酯、乙二醇、去離子水的體積比為1: (1. 5 2. 5): (3 6)。3.根據權利要求1所述的一種納米防霧劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中氨水的質量百分比濃度為28%，氨水的加入量為硅酸四乙酯體積的I 5倍。4.根據權利要求1所述的一種納米防霧劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中納米二氧化硅水溶膠、硅烷偶聯劑、固化促進劑、穩定劑、表面活性劑及醇類溶劑的質量百分比分別為納米二氧化硅水溶膠50 9...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂文生，孫毅，邵鵬飛，
申請(專利權)人：江蘇博斯騰納米涂層有限公司，
類型：發明
國別省市：