[发明专利]一种成膜硅溶胶及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备和应用领域，涉及一种成膜硅溶胶及其制备方法与应用。

背景技术

硅溶胶是一种以水为分散介质的纳米级无机聚偏硅酸的胶体溶液，在使用过程中可以作 为单独成膜物质参与成膜，但是其在成膜后会出现一定程度的龟裂等问题，影响了膜层的连 续性。为改善硅溶胶的成膜性，通常在硅溶胶中直接添加成膜助剂以辅助其成膜。

但是，直接在硅溶胶中添加成膜助剂会出现一系列的问题，其中比较重要的一个问题就 是成膜助剂与硅溶胶的稳定性。硅溶胶是靠电荷或其它一些稳定剂来辅助分散的热力学不稳 定体系，在复合过程中因环境条件发生变化可能引起絮凝、结块或凝胶，所以成膜助剂要与 硅溶胶具有良好的相容性。因此，选择合适的成膜助剂尤为关键。除此之外，在成膜助剂和 硅溶胶的体系中添加其他的辅助剂，将有利于成膜助剂和硅溶胶体系的稳定性，同时也会有 利于成膜硅溶胶干燥后成膜的连续性。鉴于此，开发一种具有良好稳定性的成膜硅溶胶为其 在更广领域的应用具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种成膜硅溶胶及其制备方法与 应用，通过一种工艺简便、可控性强的方法得到成膜硅溶胶，并将其涂覆于基体上，最终干 燥后得到涂层具有较高的硬度、较强的附着力以及可调的透明度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种成膜硅溶胶，按质量百分比 计，包括以下组分：

硅溶胶66～91％；

改性剂0.1～1.8％；

成膜助剂7.2～33.9％。

优选地，所述硅溶胶为含二氧化硅颗粒的胶体水溶液。

更优选地，所述硅溶胶的固含量(即二氧化硅颗粒含量)为6-40wt％。

进一步优选地，所述硅溶胶的固含量(即二氧化硅颗粒含量)为30wt％。

优选地，所述硅溶胶(即二氧化硅颗粒)的粒径为6-15nm。更优选地，所述硅溶胶(即 二氧化硅颗粒)的粒径为10nm。

优选地，所述改性剂选自硅烷偶联剂、表面活性剂中的一种。

更优选地，所述硅烷偶联剂为含环氧基团的硅氧烷化合物。

进一步优选地，所述含环氧基团的硅氧烷化合物为γ―(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅 烷或乙烯基三乙氧基硅烷。所述γ―(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的CAS号为 2530-83-8。所述乙烯基三乙氧基硅烷的CAS号为78-08-0。

更优选地，所述表面活性剂为低分子量聚乙烯醇。所述聚乙烯醇的CAS号为9002-89-5。

进一步优选地，所述低分子量聚乙烯醇的重均分子量为40-1000。

优选地，所述成膜助剂选自丙烯酸树脂、聚氨酯、苯丙树脂、环氧树脂中的一种。

本发明第二方面提供一种成膜硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：

1)按配比将改性剂滴加到硅溶胶中搅拌混合后，继续搅拌，得到混合溶液；

2)再将成膜助剂滴加到混合溶液中搅拌混合后，继续搅拌，即得成膜硅溶胶。

优选地，步骤1)中，所述改性剂的滴加速率为6-8ml/min。更优选地，所述硅烷偶联剂 的滴加速率为7ml/min。

优选地，步骤1)中，所述搅拌混合的时间为0.5-2小时。更优选地，所述搅拌混合的时 间为1小时。

优选地，步骤1)中，所述继续搅拌的时间为1-72小时。更优选地，所述继续搅拌的时 间为48小时。

优选地，步骤2)中，所述成膜助剂的滴加速率为8-12ml/min。更优选地，所述成膜助 剂的滴加速率为10ml/min。

优选地，步骤2)中，所述搅拌混合的时间为0.5-2小时。更优选地，所述搅拌混合的时 间为1小时。

优选地，步骤2)中，所述继续搅拌的时间为1-5小时。更优选地，所述继续搅拌的时间 为2小时。

优选地，所述步骤1)或2)中，所述制备方法在室温下进行。所述室温为20-25℃。

优选地，所述步骤1)或2)中，所述搅拌混合为持续搅拌混合。

优选地，步骤1)中，所述硅溶胶为含二氧化硅颗粒的胶体水溶液。