[发明专利]一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶及制备方法和其在形成抗老化、耐沾污纳米涂层中的应用，属于纳米功能材料与环保材料领域。

背景技术

彩涂板是近三十年国际上迅速发展起来的一种新型带钢预涂产品，具有装饰性、成型性、抗腐蚀性，广泛用于建筑物外装材（屋顶材、墙壁材）和内装材料（壁材，天花板材，隔板，防火门）已及建筑附属材料（窗板，招牌，家电用品）等。但在工业区、沿海地区或雾霾严重地区，由于受到空气中烟尘颗粒、二氧化硫气体或盐分的作用，彩涂板表面的彩色涂层腐蚀老化严重。尤其是在强烈阳光照射的情况下，雨水和空气中二氧化硫等污染物加速彩涂板老化，色彩退去，变得暗淡无光，最终出现腐蚀锈斑，影响使用寿命和美观。中国专利CN 201020176047.0公开了一种自清洁彩涂板的制备方法，采用多层（化学转化层、防腐环氧层、聚酯色漆层、自清洁涂层）复合的形式,解决由于彩涂板表面吸附，形成污染层和污垢等问题。中国技术发明专利CN 201310534688.7公开了一种耐腐蚀的荧光彩涂板，基板上依次有稀土耐腐层、底涂层及面涂层，其中面涂层材料为无机聚氨酯荧光涂料，稀土耐腐层为含稀土的锌铝合金。但这些方法并不能解决彩涂板易老化褪色的问题。

纳米TiO₂作为新型环保材料，对环境中各种污染物有显著的去除效果，已引起世界范围内的广泛关注。纳米二氧化钛是一种具有光催化活性的半导体材料，在大于其带隙能光照条件下，TiO₂可去除大气中氮氧化物NOx和SO₂等有毒气体。同时，纳米二氧化钛薄膜表面具有超亲水特性,又使其表面具有了防雾、易洗、易干等功能。作为自清洁涂层广泛用于玻璃（CN 02150721.X，CN 102649623 A，CN 101538125 B、CN 101602933 A）、陶瓷面砖（CN 100402161 C）、家用电器（CN 1216102 C）等领域。但TiO₂ 自清洁涂层在使用过程中存在诸多问题：（1）涂有二氧化钛溶胶的基体需经过热处理，来制备稳定晶型的TiO₂，并提高涂层与基体间结合力。这对于无法进行高温热处理基体，如彩涂板，该工艺方法不适用。同时，热处理工艺增加能耗，加大了生产成本；（2）光照条件直接影响TiO₂涂的催化作用和亲水性；（3）灰尘或难挥发物质会渗入漆膜表面的空隙中，使耐久性不理想；（4）由于Ti0₂颗粒细小，在水溶液中容易团聚、晶型不稳定，而影响其活性，在实用过程中面临很大的困难。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的溶胶易于团聚、不耐久及需要光照和热处理等技术问题而提供一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶，该纳米溶胶适用于彩涂板上形成抗老化、耐沾污的纳米涂层。由于纳米溶胶中含有TiO₂和SiO₂溶胶二元薄膜并添加铈氧化物,因此提高纳米涂层的亲水性和界面结合力。

本发明的目的之二在于提供上述的一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶的制备方法。

本发明的目的之三在于将上述一种用于形成抗老化、耐沾污纳米涂层的纳米溶胶在形成抗老化、耐沾污纳米涂层中进行应用。

本发明的技术原理

本发明的具有抗老化耐沾污的纳米涂层所用的纳米溶胶涂覆后所形成的涂层中，由于含有适量的SiO₂用以提高TiO₂薄膜的光催化活性和亲水性，主要是由于硅的添加增加了TiO₂薄膜的表面酸度。在二元系统的氧化物中,SiO₂改性的TiO₂具有最高的表面酸性,表面酸性的提高不仅可以在表面形成更好的吸附位。同时薄膜表面的羟基含量增加，使水在复合薄膜表面的润湿角下降，亲水能力增强。此外，在SiO₂-TiO₂ 二元系统中, 不同配位态间的钛、硅原子的相互作用和替代, 可稳定Ti-O结构,抑制TiO₂ 锐钛矿相向金红石相的转变以及晶粒的长大, 晶粒的细化使其具有更大的比表面积，进而使吸附能力增强，亲水性进一步改善。

稀土铈元素的加入能显著改善涂层的塑性和与基体的黏附性, 形成致密的薄膜, 防止涂层开裂或剥落，并有助于提高涂层的高温氧化与耐腐蚀性能。而且，向SiO₂-TiO₂溶胶中添加一定量铈氧化物活性组分, 起到减缓晶粒长大、晶体结构转变的作用。

本发明的技术方案