[发明专利]一种提高有机材料表面耐候性的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合涂料领域，具体涉及一种提高有机材料表面耐候性的方法。 

背景技术

随着材料制备技术的发展，塑料、橡胶等多种有机复合材料因其轻便、韧性好等结构特性而被越来越广泛的应用于楼房、高速公路、桥梁、交通车辆以及船舶海洋工程设施等建筑领域中。钢铁等金属材料是另一种常见的户外用建筑材料，但由于其易生锈常常需要在其表面涂覆各种有机防护涂料（油漆）以提高其防腐性能；另外，混凝土外墙表面通常也涂覆一层有机外墙涂料用以提高建筑物的装饰性能。由于建筑物外表面长期处于太阳（紫外线）照射下，各种有机材料和有机涂层表面往往出现老化现象而导致性能下降。因此，不断提高有机材料或有机防护涂料的耐候性能是拓宽其应用的保障。 

为了提高有机建材和涂料的耐候性，人们一方面不断开发新型结构的材料，如耐候性能良好的氟碳涂料；另一方面对现有材料进行改性，如有机硅改性醇酸类、有机硅改性环氧类、丙烯酸改性氯化橡胶类、丙烯酸改性环氧类、聚氨酯改性醇酸类、丙烯酸改性醇酸类等各种改性有机涂料。然而，上述材料产品性能再好、耐候性再强，其有机特性还会使其无法避免太阳光（紫外线）、盐雾等引起的老化行为。不难想象，无机涂料有可能具有超强耐候性，避免老化。但单纯的无机涂层不够致密，难以对基底材料起到很好的防护作用，为此通常在常规有机涂料中掺入无机抗老化剂以提高涂层的抗老化性能。最常用的抗老化剂是纳米级的二氧化钛和二氧化硅等无机物质。纳米二氧化硅的团聚体是一种无定型白色粉末，表面状态呈三维网状结构，具有极强的紫外线吸收、红外光反射特性，能提高涂料的抗老化性能；纳米二氧化钛也具有吸收紫外线的效应，同样提高涂料的耐老化性。掺有无机抗老化剂的涂料成膜时其有机部分依然可暴露在表面，能够直接受到太阳光照射及其他环境气候影响最终导致其快速老化。现有技术中对于塑料等有机建材（如PVC塑料），通常在其表面涂覆一层光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕捉剂提高其耐太阳光照射引起的老化作用。但这些材料通常是有机材料，本身也存在老化现象。而无机型光稳定剂往往掺杂在材料中使用，成膜使用时需要化学沉积、离子溅射等辅助设备，其高成本不易使其推广使用。 

为此，本发明申请人曾提出在有机建材表面直接涂覆一层纳米二氧化钛涂膜，通过二氧化钛无机纳米薄膜对紫外光的吸收特性以提高有机基底材料的耐候性（见申请专利201110086507.X）。然而，当二氧化钛直接涂覆在有机基底表面时，一方面存在光催化薄膜与基底材料结合力的问题（二氧化钛薄膜的亲水性和有机基底的憎水性使得两者难以形成强的结合力），另一方面，表面二氧化钛薄膜的光催化作用有可能使某些有机基底材料被氧化而降低耐候性，导致表面光催化薄膜的防护作用减弱。 

发明内容

本发明的目的在于提供提供一种提高有机材料表面耐候性的方法，利用有机无机杂化中间保护层的双亲结构特性将有机基底材料表面的憎水基团与表面无机二氧化钛膜的亲水性基团实现良好结合；利用表面二氧化钛无机防护膜的吸收紫外线作用减少有机底层受到紫外线的辐射，从而提高有机基底材料的耐候性能；利用表面膜层的光催化作用和光自洁特性以净化空气和维护材料表面清洁。该复合涂膜能够广泛的应用在各种有机材料表面，方法简单易行，效果良好。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种提高有机材料表面耐候性的方法是在有机材料基底表面先涂覆有机无机杂化中间层，而后在中间层表面再涂覆无机纳米二氧化钛表面层，制得有机无机杂化中间层/无机纳米二氧化钛表面层复合防护涂层，以提高有机材料表面耐候性。

所述的有机无机杂化中间层为γ氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的聚合产物。 

在室温下，以冰乙酸为催化剂，以乙醇、正硅酸乙酯、γ氨丙基三乙氧基硅烷的体积比为2-13：60-100：1-4，合成γ氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的聚合产物。 

所述的有机无机杂化中间层的浓度范围为：2-10wt%；所述的无机纳米二氧化钛表面层或有机无机杂化中间层的涂覆量为：80-120 mL/m²。 

所述的无机纳米二氧化钛表面层由二氧化钛溶胶涂覆而成。 

所述的有机材料基底包括户外使用的有机建材，如墙体涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、有机玻璃、彩钢板、铝塑板、防护涂料等。