[发明专利]一种改性硅溶胶的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及不粘涂料领域，具体地说涉及一种改性硅溶胶及其制备方法与用此硅溶胶制备出的耐磨性强、硬度高的涂料。

背景技术

硅溶胶是纳米二氧化硅粒子的分散于水或醇等溶剂中形成的稳定胶体分散体，又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶。

二氧化硅粒子表面的羟基基团具有较强的活性，利用一些物质与二氧化硅粒子表面的羟基基团反应可以改变二氧化硅粒子的表面化学特性。例如专利CN 101338082A公开了一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅溶胶及其制备方法和应用，但是此专利加入有机硅烷，主要应用于抛光液中，对于不粘涂料所要求的表面能低、硬度高、耐磨强的特点并不能满足；专利CN 101240068A公开了一种用有机硅烷改性的硅溶胶及其在制备水性涂料中的应用，但涂料的耐磨性并没有得到体现。

不粘涂料是一种涂层表面不易被其他粘性物质所粘附或粘着后易被除去的特种涂料。此种涂料因其所形成涂层的表面能极低、摩擦系数小、易滑动等防粘性特点，被广泛应用于家用电器、烹饪厨具、汽车、机械、化工等行业。例如CN 102643582 A 公开了一种不粘涂料，该不粘涂料中由主成膜氟树脂、丙烯酸乳液和水组成，但该涂料存在耐磨性差的特点。

发明内容

为解决目前不粘涂料存在表面能低、硬度与耐磨性不能满足要求的问题，本发明提出了一种改性硅溶胶及其制备方法，经过改性后的硅溶胶可有效地降低硅溶胶的表面能。

本发明还提出了改性硅溶胶在不粘涂料上的应用，具有耐磨、硬度高、不粘性好等优点。

本发明是通过以下方案实现的：一种改性硅溶胶的制备方法，所述的制备方法为以下步骤：在硅溶胶中加入氟代硅烷和钛酸正丁酯，然后调节pH至4～5，在20～60℃搅拌，保持1～8h后得到改性硅溶胶。作为优选，采用10%醋酸水溶液调节pH值。

氟代硅烷选自十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、氟代辛烷基三乙氧基硅烷、三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷、三甲基五氟苯基硅烷、十三氟代辛烷基三乙氧基硅烷中的一种或二种，用量为反应物总重量的0.005～0.1%。

所述的钛酸正丁酯用量为反应物总重量的0.1～2%。

本发明所述的改性硅溶胶中，还可以含有表面活性剂。表面活性剂可以是阴离子表面活性剂：如十二烷基苯磺酸钠，可以是阳离子表面活性剂：如十六烷基三甲基氯化铵，可以是非离子表面活性剂:如聚山梨酯，也可以是两性离子表面活性剂：如椰油酰胺基丙基甜菜碱。表面活性剂的用量为反应物总质量的0.005～1.2%。

上述反应物总重量为氟代硅烷、钛酸正丁酯、硅溶胶的重量和。

该硅溶胶结合了氟代硅烷和钛的优点，将氟代硅烷、钛酸正丁酯和二氧化硅溶胶混合后，进行改性反应即可得到。改性硅溶胶中，二氧化硅粒子表面附着了氟代硅烷并且硅溶胶中含有钛，一方面改进了二氧化硅粒子的表面能，另一方面提高了二氧化硅粒子的硬度。

基于以上两种性能的改进，所述的改性硅溶胶的制备方法所制备出的改性硅溶胶在不粘涂料上的应用。采用本发明所述的改性硅溶胶制备出的不粘涂料，改进了涂料的耐磨性，因此所述的不粘涂料具有较低的表面能，较好的耐磨性、硬度高。

所述的不粘涂料由以下各组份制成，各组份的重量百分比为：

改性硅溶胶    8~60%，

硅烷          10~46%，

纳米填料      2~38%，

颜料          2~31%，

水            18~41%，

pH调节剂     0.1~8%，

聚铝碳硅烷    0.2~6%，

   各组份之和为100%。

所述的硅烷选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三异丙基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种，重量百分比为18~30%。

所述的纳米填料选自纳米钛酸钾、纳米钛酸铝、纳米硅酸钙、晶须硅、纳米纤维素、纳米氧化铝、纳米二氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化硅、纳米氧化锌、氮化钛中的一种或几种。

所述的颜料选自磷酸钴紫、钛白粉、颜料黄183、碳黑、钼橘黄、氧化亚铜、石墨、高钛灰、钛镍黄、钛钴绿、铁锰黑、钴蓝、铜铬黑中的一种或几种。

所述的水选自纯净水或去离子水。