[发明专利]磁性疏水自洁涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的方法，具体是一种适用于各种基材表面，尤其适用于具有铁磁性的钢材表面的磁性疏水自洁涂料及其制备方法。

背景技术

随着城镇化建设地不断进行以及人们对环境卫生地不断追求，用于各种石材以及钢材表面的自洁涂料受到越来越多的关注。自洁涂料的使用不但可以使城市面貌焕然一新，而且可以减少城市建筑清洁维护的费用，节约开支。

根据仿生学研究报道，荷叶表面结构具有疏水自清洁的功能。之所以如此，是因为荷叶表面分布着无数微纳二元粗糙度的蜡质乳突结构，这就使得荷叶表面与水珠或尘埃的接触面积非常有限，稍有倾斜水珠就不能留在荷叶表面，水珠在叶面上滚动时还能带走灰尘。由此可见，构造疏水耐污的表面需要两个条件，一是表面具有低表面能的物质，二是表面具有微纳米的粗糙结构。

可用于涂料制备的低表面能物质主要有机氟，有机硅和有机氟硅三类。从经济和技术的方面考虑，有机硅的性价比最高。有机硅是第一个获得广泛应用的元素有机高分子化合物，它具有优良的耐候、耐化学腐蚀和憎水、耐沾污的特性，在涂料工业中亦占有相当重要的地位。与此同时，有机硅的价格相对于有机氟和有机氟硅也较便宜，具有广泛的市场应用前景。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101734945A，公开日2010-06-16，公开了一种渗透型有机硅纳米防水防护剂及其制备方法，该技术提出可以将纳米TiO₂、纳米SiO₂和纳米ZnO加入烷基烷氧基硅烷溶液中来制备有机硅纳米防水剂，但是该技术只适用混凝土建筑表面的防护，无法适用于钢材表面。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种磁性疏水自洁涂料及其制备方法，以“荷叶效应”为基础，以烷基烷氧基硅烷作为低表面能的物质，并在其中加入树状大分子修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子作为涂层粗糙表面结构的填充物，以此来获得疏水自洁的涂层。Fe₃O₄纳米粒子所具有的磁性可以增强涂料在铁磁性钢材上的附着力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种磁性疏水自洁涂料，由烷基烷氧基硅烷、Fe₃O₄磁性纳米粒子和有机溶剂组成，其中：Fe₃O₄磁性纳米粒子为经氨基硅烷修饰过后再由树状大分子修饰；有机溶剂为无水乙醇。

所述的涂料的组分及其重量分数进一步优选为：烷基烷氧基硅烷10～50份，树状大分子修饰过的Fe₃O₄磁性纳米粒子0.1～0.5份，无水乙醇49.5～89.9份。

所述的烷基烷氧基硅烷，其典型结构为一个硅原子连有三个活性乙氧基和一个非活性的烷基，其中：烷基的碳数为4～10个，烷氧基选用乙氧基，乙氧基的碳数为1～4个。

本发明涉及上述磁性疏水自洁涂料的制备方法，是通过将经氨基硅烷修饰过后再由树状大分子修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子加入到溶于有机溶剂的烷基烷氧基硅烷中充分混合得到的。

所述的充分混合采用超声、搅拌等方式实现。

所述的Fe₃O₄磁性纳米粒子通过共沉淀法制备得到，具体为：Fe²⁺与Fe³⁺离子按照1:2的比例混合，然后在氮气保护下，加入浓度为4M的NaOH溶液，在80℃下反应60min，得到Fe₃O₄磁性纳米粒子，用超纯水和无水乙醇反复清洗3次。

所述的氨基硅烷修饰具体为：将5%的Fe₃O₄磁性纳米粒子溶于乙醇溶液中，超声30min使其混合均匀，然后加入适量3-氨丙基三甲氧基硅烷，在60℃下充分搅拌7h，产物用无水乙醇反复清洗3次，最后用磁分离得到产物，并在室温下抽真空干燥成粉末。