[发明专利]一种聚合物表面透明自洁、抗菌、耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层加工技术。更具体地，涉及一种聚合物表面透明自洁、 抗菌、耐磨涂层的制备方法。

背景技术

聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，在实际应用中，聚合 物材料与周围环境的相互作用主要发生在其表面，如印刷、吸附、粘结、摩擦、 涂装、染色、电镀、防雾、防腐蚀、耐老化、表面电导、表面硬度等许多应用 场合，都要求聚合物材料有适当的表面性能。然而，大多数聚合物表面能较低， 存在表面惰性和疏水性、对水不浸润、对粘结剂或涂料的粘附强度低、或染色 性差等不足之处，其应用范围受到限制。要改善其表面性能，需要对聚合物表 面改性。

光诱导自洁涂层能够利用阳光与雨水保持表面自洁，显著降低用日常生活 与工业应用中表面清洁维护费用，具有重要的商业前景和实用价值。与此同时， 光诱导抗菌不仅能够去除多种有毒有害微生物、病菌，同时在抗菌长效性与多 功能复合方面(如自洁)具有显著优异性能，因此赋予聚合物基材表面光诱导 自洁与抗菌性能，在军事、电子、航天、纺织、建筑等领域具有极为广泛的应 用前景。此外，高分子材料硬度低，耐磨性能较差，因此，在实际应用中，对 其进行表面耐磨处理是必要的。

对于聚合物基材表面氧化物涂层的加工，目前广泛采用的物理沉积技术， 存在设备昂贵，成本高昂的缺陷，同时物理沉积工艺也不适用于非标才、大面 积加工；传统的基于溶胶凝胶工艺的溶液化加工工艺，由于需要高温烧结，很 难在不耐高温的聚合物基材表面应用。而采用粘结包埋技术加工的光活性涂 层，由于存在粘结层与基底的光腐蚀问题，应用也受到较大限制。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚合物表面透明自洁、抗菌、 耐磨涂层的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种利用低温溶液化加工方法在聚合物基材表面大面积、低 成本的加工透明自洁、抗菌、耐磨氧化物涂层的工艺。本发明以共轭结构高 分子单体与过渡金属过氧化复合配合物的氧化还原反应为基础，通过共轭高 分子单体现场聚合，实现过渡金属过氧化配合物与亲水性纳米氧化硅、抗菌 功能纳米银、耐磨氧化铝复合功能纳米颗粒在聚合物基底表面的牢固附着。 同时，粘结层光电活性的共轭高分子与氧化物颗粒形成的聚合物/氧化物的异 质结有效避免了光腐蚀现象，保证了涂层的寿命。

该方法包括如下步骤：

1.过氧化钛溶液的制备

将含钛盐溶于水中形成含钛水溶液，然后向水溶液中滴加无机碱溶液至 PH值为5-11，得到正钛酸沉淀；或用水稀释含钛盐的水溶液得到正钛酸沉淀； 或加热含钛盐的水溶液，得到正钛酸沉淀；

用过氧化氢分散正钛酸沉淀得到过氧化钛溶液体系，其中H2O2:Ti的分子摩 尔比为1～25；除去过氧化钛体系中的游离氧后得到PH＝7稳定的过氧化钛溶 液。

所述的含钛盐水溶液为四氯化钛、硫酸钛或硫酸氧钛水溶液；或者是用硫 酸溶解钛酸类化合物所得的水溶液。

所述无机碱选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧 化钾或氨水。

所述除去过氧化钛体系中游离氧气的方法包括加热除氧气或加入四氧化 三铁、铂或其它催化剂的方式。

2.过氧化钛复合配合物溶液制备

(1)银/过氧化钛复合溶液的制备

纳米银溶液采用采用市售商品银盐还原的溶胶或粉体分散液，或采用以 下方法合成：

a.将银盐溶于水得到金属盐水溶液；加热回流所述银盐水溶液，加热回 流的同时加入还原剂水溶液；至回流水溶液体系变色，留待备用，所述加入 的还原剂与银离子的分子摩尔数比值为1-50；

b.向上述制得的变色后银盐水溶液中加入步骤1制得的过氧化钛水溶液 得复合溶液，加热回流该复合溶液，得到银/过氧化钛复合溶液。

所述金属盐选自硝酸银、氯化银等无机银盐中的一种，所述银盐水溶液 的分子摩尔浓度为0.001-0.10mol/L。

所述还原剂为柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸中的至少一种，所述 还原剂水溶液的分子摩尔浓度为0.01-1.0mol/L。

所述步骤a加热回流的温度为100℃，时间30min。