[发明专利]一种硅氟化自洁玻璃纳米材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃、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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明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；

氟改性烷基硅烷，结构式为：R_f-CH₂CH₂Si(OR₁)₃，R₁为甲基或乙基，R_f具有如下通式：CF₃-C_nF_mH_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，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。

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。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明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35℃～50℃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烷，在反应温度35℃～50℃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；