CN101422774B - 一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，包括：(1)将搪瓷基板用去离子水清洗，置烘箱烘干；(2)溶胶的制备，将摩尔比为1～2.5∶2～5∶3～8∶0.1～0.4∶1～4的Si(OC₂H₅)₄，C₂H₅OH，H₂O，HCl，DMF混和，室温下搅拌1-2小时，加入疏水剂，PH值1～4；(3)溶胶在室温下陈化8～12天；(4)采用浸涂法，将步骤(1)的搪瓷基板浸在溶胶中，垂直提拉，然后在60℃-200℃保温5-20小时，冷却即得。本发明的具有疏水效应的搪瓷表面涂层材料结合强度高，接触角最高可达140°，疏水效果好，疏水效应保持时间长，该制备工艺操作简便，生产成本低。

Description

一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法

技术领域

本发明属搪瓷表面涂层的制备领域，特别是涉及一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法。

背景技术

钢板搪瓷已广泛用于建筑物的内外装饰、地铁车站的装饰、地下隧道的装饰，以及搪瓷热水器和搪瓷容器等，而具有疏水效应的的搪瓷不仅可以起到保护和装饰作用，由于其优良的疏水效果还可以起到清洁的作用。特别是在地板上应用的搪瓷，疏水作用可以使积聚在地板上的水夹带灰尘，有害物质等及时去除，有利于环境清洁和环境保护。

涂层的疏水性与涂层表面粗糙度和涂层本身的化学特性直接相关。目前，国内外对疏水材料的研究主要是通过以下两种方法制备的：一是改善材料表面物质的化学特性，二是改善膜表面结构。就化学成分而言，主要是有机聚合物含有大量低表面能的碳、硅、氟等原子基团，它能极大的降低材料的表面能，使其疏水性增强。

溶胶-凝胶工艺制备二氧化硅溶胶，目前工艺成熟，操作简便，而且，二氧化硅溶胶本身就是很好的疏水剂，利用这种方法将制得的二氧化硅溶胶进一步用一些疏水剂(含有大量低表面能的碳、硅、氟等原子基团)进行表面修饰，从而加强了疏水效果，为制备疏水效果更强的涂层材料奠定了基础。涂覆到钢板搪瓷上的经修饰的二氧化硅溶胶涂层具有结合紧密，强度高，工艺简单，成本低等优点。至今还未见有关利用溶胶-凝胶工艺将经修饰的二氧化硅溶胶涂覆在搪瓷板上制备具有疏水效应搪瓷涂层的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，本发明的具有疏水效应的搪瓷表面涂层材料结合强度高，疏水效果好，有效作用时间强，该制备工艺具有操作简便，生产成本低等特点。

本发明的一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，包括：

(1)将搪瓷基板用去离子水清洗30min-1h后，置于80℃-100℃下烘箱烘干；

(2)溶胶的制备，将摩尔比为1～2.5∶2～5∶3～8∶0.1～0.4∶1～4的Si(OC₂H₅)₄，C₂H₅OH，H₂O，HCl，DMF混和，室温下用磁力搅拌仪搅拌1-2小时后，缓慢加入配制好的疏水剂，对溶胶进行表面修饰，控制疏水剂的体积分数2％～5％，PH值1～4之间；

(3)溶胶在室温下陈化8～12天，在完全凝胶化之前；

(4)采用浸涂法，将步骤(1)的搪瓷基板浸在溶胶中(1-3)min，以(0.5-1)cm/s速度垂直提拉，使经过疏水剂修饰的二氧化硅胶体溶液均匀地涂覆在搪瓷基板的表面，然后在60℃-200℃保温5-20小时，缓慢冷却，即得。

所述步骤(2)的疏水剂为二甲基氯硅烷(DMCS)或三甲基氯硅烷(TMCS)。

所述步骤(2)的摩尔比为Si(OC₂H₅)₄∶C₂H₅OH∶H₂O∶HCl∶DMF＝1∶2∶3.5∶0.4∶1，疏水剂DMCS的体积分数为2.5％，PH值为1.5，水解后形成的溶胶在室温下陈化9天。

所述步骤(2)的摩尔比为Si(OC₂H₅)₄∶C₂H₅OH∶H₂O∶HCl∶DMF＝2∶4∶4∶0.3∶2，疏水剂TMCS的体积分数5％，PH值为3.0，水解后形成的溶胶在室温下陈化10天。

所述步骤(1)或(4)的搪瓷基板是普通搪瓷板，不需要经过特殊处理，板的尺寸可以是任意的。

本发明是利用以TEOS、DMCS为原料，通过二者的水解-缩聚反应向SiO₂网络中引入疏水的有机基团-CH₃，从而制得具有一定疏水能力的SiO₂薄膜。由于TEOS水解后生成的硅烷醇基(SiOH)极富反应活性，能和许多有机化合物进行反应，如醇类(ROH)，烷醇胺(HORCH₂NH₂)，二甲基二氯硅烷[(CH₃)₂SiCl₂]，三甲基氯硅烷[(CH₃)₃SiCl]及其它氯硅烷类，聚硅氧烷(硅油)，六甲基二硅氨烷类等。本发明选用的二甲基氯硅烷作为疏水剂，其反应式如下：

≡SiOH+Cl₂Si(CH₃)₂≡SiOSiCl(CH₃)₂+HCl

通过这样的反应，原来在胶粒表面水解后形成的的一部分硅烷醇基，甚至全部被甲基或其它烷基取代，从而制得疏水性二氧化硅薄膜。用这种方法制备的疏水性搪瓷材料，自身对人体无毒无害、耐碱耐酸，是环境友好材料。

本发明制备的疏水效应的搪瓷材料可使得搪瓷的接触角最高可达140°，而一般搪瓷材料的接触角仅为40°。

有益效果

(1)本发明的具有疏水效应的搪瓷表面涂层材料具有优良的化学稳定性和防护性，接触角最高可达140°，疏水效果强，疏水有效时间长，可以起到很好的清洁作用；

(2)该制备工艺要求简单，采用的溶胶凝胶法成本低，不需要特殊的涂覆设备。

附图说明

图1经修饰后的搪瓷板的疏水效果；

图2为未经修饰的搪瓷板的疏水性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将普通搪瓷板用去离子水清洗30min，置于80℃下烘箱烘干；

(2)溶胶的制备，将摩尔比为1∶2∶3.5∶0.4∶1的Si(OC₂H₅)₄，C₂H₅OH，H₂O，HCl，DMF混和，室温下用磁力搅拌仪搅拌1小时后，缓慢加入配制好的二甲基氯硅烷(DMCS)，对溶胶进行表面修饰，控制DMCS的体积分数为2.5％，PH值为1.5；

(3)水解后的形成的溶胶在室温下陈化9天，在完全凝胶化之前，溶液粘度达到最佳涂膜时间；

(4)采用浸涂法，将步骤(1)的搪瓷基板浸在所述溶胶中，一分钟后，以0.5cm/s速度垂直提拉，使经过DMCS修饰的二氧化硅胶体溶液均匀地涂覆在搪瓷基板的表面，然后在60℃条件下保温20小时，缓慢冷却，制成具有疏水效应的搪瓷基板；

采用接触角仪测量得到搪瓷基板的平均接触角为115°，最大接触角120°，而一般未经修饰的搪瓷板的接触角仅为40°。这说明本发明能够显著提高搪瓷材料的疏水性。

实施例2

(1)将普通搪瓷板用去离子水清洗30min，置于80℃下烘箱烘干；

(2)溶溶胶的制备，将摩尔比为2∶4∶4∶0.3∶2的Si(OC₂H₅)₄，C₂H₅OH，H₂O，HCl，DMF混和，室温下用磁力搅拌仪搅拌1小时后，缓慢加入配制好的三甲基氯硅烷(TMCS)，对溶胶进行表面修饰，控制DMCS的体积分数为5％，PH值为3；

(3)水解后的形成的溶胶在室温下陈化10天，在完全凝胶化之前，溶液粘度达到最佳涂膜时间；

(4)用浸涂法，将步骤(1)的搪瓷基板浸在所述溶胶中，一分钟后，以0.5cm/s速度垂直提拉，使经过TMCS修饰的二氧化硅胶体溶液均匀地涂覆在搪瓷基板的表面，然后在80℃条件下保温10小时，缓慢冷却，制成具有疏水效应的搪瓷基板；采用接触角仪测量得到搪瓷基板的平均接触角为120°，最大接触角135°。

Claims (4)

1.一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，包括：

(1)将搪瓷基板用去离子水清洗30min-1h后，置于80℃-100℃下烘箱烘干；

(2)溶胶的制备，将摩尔比为1～2.5∶2～5∶3～8∶0.1～0.4∶1～4的Si(OC₂H₅)₄，C₂H₅OH，H₂O，HCl，DMF混和，室温下用磁力搅拌仪搅拌1-2小时后，缓慢加入配制好的疏水剂，控制疏水剂的体积分数2％～5％，PH值1～4；所述的疏水剂为二甲基氯硅烷DMCS或三甲基氯硅烷TMCS；

(3)溶胶在室温下陈化8～12天，在完全凝胶化之前；

(4)采用浸涂法，将步骤(1)的搪瓷基板浸在溶胶中1-3min，以0.5cm/s-1cm/s速度垂直提拉，使经过疏水剂修饰的二氧化硅胶体溶液均匀地涂覆在搪瓷基板的表面，然后在60℃-200℃保温5-20小时，缓慢冷却，即得。

2.根据权利要求1所述的一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的摩尔比为Si(OC₂H₅)₄∶C₂H₅OH∶H₂O∶HCl∶DMF＝1∶2∶3.5∶0.4∶1，疏水剂DMCS的体积分数为2.5％，PH值为1.5，水解后形成的溶胶在室温下陈化9天。

3.根据权利要求1所述的一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的摩尔比为Si(OC₂H₅)₄∶C₂H₅OH∶H₂O∶HCl∶DMF＝2∶4∶4∶0.3∶2，疏水剂TMCS的体积分数5％，PH值为3.0，水解后形成的溶胶在室温下陈化10天。

4.根据权利要求1所述的一种具有疏水效应的搪瓷表面涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)或(4)的搪瓷基板是普通搪瓷板，不需要经过特殊处理，板的尺寸是任意的。

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