[发明专利]一种氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层及其制备方法，涉及表界面生物安全材料与防滑应用技术领域；本发明将氧化锆、羧基预聚高分子、表面活性剂、羟基自由基捕获剂、柠檬酸混合得到的预聚溶液涂覆在陶瓷基底上，静置后形成复合涂层。最后，碳酸氢钠稀溶液洗涤涂层，中和表面酸性并强化涂层力学性能。氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层的表面生物兼容性主要取决于氧化锆纳米颗粒的尺寸形貌以及聚合时间；另一方面，通过改变氧化锆与羧基预聚高分子质量比，可在较大程度调控复合涂层表面静态摩擦系数。

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料在诸多领域存在广泛应用，从电路板、电容器等精细电子元器件到日常生活中十分常见的杯具、卫浴、地砖等，大部分陶瓷材料都具有抗氧化、耐腐蚀、耐高温等性质。

一方面，家庭都会采用玻化砖、釉面砖等作为主要的地面建材，不仅因为其稳定的性质，更是由于典雅大方的外观。但当选用瓷砖作为地板时，随之而来的便是陶瓷地面安全问题，如瓷砖需要静态摩擦系数大的陶瓷界面，以预防滑倒摔伤。因此，表面较为粗糙的陶瓷自然更为合适；与之相反，卫生洁具就需要静态摩擦系数小的表面，便于清洁处理，且相对于粗糙表面，光滑表面让人感觉更加舒适美观，许多杯具和装饰设计便是如此。

另一方面，卫生洁具等应用场景表面容易残留细菌微生物，尤其是公共卫生间，其问题更为严重。所以在装修时，这些场所多使用生物兼容性差的陶瓷以抑制细菌等的生长与繁殖。但需要注意的是，当考虑到食品安全问题时，餐具和厨具等使用的陶瓷显然需要良好的生物兼容性，以确保环保健康。

由此，生活用品领域对陶瓷材料两个物理化学特性要求却存在巨大矛盾性：静态摩擦系数和生物兼容性。在此情况下，各类技术手段被用于调控陶瓷表面的静态摩擦系数和生物兼容性这两个关键物化性质，以满足陶瓷材料在不同生活场景中的应用要求。首先，针对增强陶瓷界面静态摩擦系数（防滑效果），最为常见的技术方法为铺设防滑垫、表面图案粗糙化、物理刻蚀防滑凹槽等；然而，这些常规的陶瓷表面防滑产品和技术仅为名义上止滑效果，在水/油润湿下其摩擦系数就会大打折扣。其次，针对减小陶瓷界面静态摩擦系数（润滑效果），现有的方法主要是通过涂覆液体/固体润滑剂（润滑油、石墨、二硫化钼等）；但是上述润滑防滑需要会形成肉眼可见的涂层，并且需要定期清理维护，在生活环境中使用并不现实。此外，对于优化陶瓷表面生物兼容性（生物安全性效果），陶瓷加工过程中通常采取表面抛光打磨、涂覆亲水高分子等手段；然而，上述工艺会在较大程度上影响陶瓷产品的生产成本和使用周期。对于降低陶瓷表面生物兼容性（杀菌效果），通过会采用涂覆季铵盐表面活性剂和金属Ag涂层；显而易见，以上方法需要定期维护，且微生物杀灭效果并不稳定。

因此，实现陶瓷表面静态摩擦系数与生物兼容性这两个关键物理化学性质可控具有重要的工业价值和社会意义。在此背景下，杜邦、巴斯夫、3M等公司等分别开发了特氟龙、环氧树脂、氟碳表面活性涂层等技术产品，在一定程度上实现了陶瓷界面的静态摩擦系数或生物兼容性可控。但是，上述技术产品价格昂贵、且需要定期的专业维护，大规模普及应用存在较大挑战。更重要的是，以上技术尚未能实现陶瓷表面静态摩擦系数和生物兼容性的双重可控。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层及其制备方法，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。

（二）技术方案

本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种氧化锆纳米颗粒羧基高分子复合涂层，所述复合涂层包括如下组合物：

羧基预聚高分子10-20份、柠檬酸10-30份、两性离子表面活性剂2-7份、羟基自由基捕获剂0.1-1份，氧化锆纳米颗粒2-10份，去离子水100~150份。

优选的，所述复合涂层静态摩擦系数调控范围为0.25-0.68。