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一种超亲水涂层材料的制备方法与流程

来源：安博电竞手机版下载安装上传时间：2025-08-08 01:59:57

本发明属于材料学领域，涉及一种涂层材料，具体来说是一种具有超亲水性能的涂层材料的制备方法。

近些年，经过控制固体表面的润湿性而产生的超润湿表面受到了业界的关注，其中超亲水表面(表面水的接触角小于5°)由于其在自清洁和防雾等领域拥有巨大的潜在应用价值更是成为了研究热点。绝大多数材料表面本身并不具有超亲水性能，为了获取超亲水表面，也就需要在材料表面涂覆一层具有超亲水性能的涂层。因此，研发具有超亲水性能的涂层材料具备重要应用价值和经济的效果与利益。在研发超亲水涂层材料时，一种常见的设计思路是对涂层材料表明上进行化学修饰，枝接大量的亲水性官能团，利用表面大量的亲水官能团来达到超亲水效果。其中，磺酸基是一类稳定性良好的亲水官能团，可以枝接到二氧化硅纳米颗粒的表面来得到超亲水的纳米二氧化硅，进而制备超亲水涂层。然而，磺酸基修饰的二氧化硅对基材并没有很好的附着力，因而不能直接应用，这在某种程度上预示着要提升涂层材料的附着力，将其固定在基材表面。

硅溶胶是一种常见的涂层材料，拥有非常良好的附着力，将其与磺酸基修饰的纳米二氧化硅混合，形成新的交联结构，能够保持磺酸基的超亲水性能，同时，对基材的附着力也有了显著提升。

本发明的目的是针对现存技术涂层的附着力与超亲水性能不能兼容的问题，提供一种超亲水涂层材料的制备方法，该方法制得的超亲水涂层材料对基材拥有非常良好的附着力且同时具有超亲水性能。

本发明提供了一种超亲水涂层材料的制备方法，是将硅溶胶和磺酸基修饰的纳米二氧化硅溶液按特殊的比例混合均匀后，涂覆在基材表面上，在一定温度下烘干，即得到具有超亲水性能的涂层。

进一步的，所述硅溶胶为硅烷水解制得，步骤如下：a)取无水乙醇，硅烷偶联剂kh-560和正硅酸四乙酯(teos)，其体积比为1:0.2:1到1:0.8:2，室温下均匀搅拌，得到溶液a；b)盐酸(hcl)和h2o混合均匀后逐滴加入溶液a中，历时约10至50min；c)室温下持续搅拌24h后即得到高稳定性的硅溶胶。

进一步的，所述的磺酸基修饰的纳米二氧化硅是通过以下步骤制得：a)取无水乙醇，h2o和三乙醇胺(teoa)50-80℃下均匀搅拌，得到溶液b，搅拌10-50min；b)teos和甲基三甲氧基硅烷(mpts)混合均匀后快速加入溶液b中，继续搅拌3h后，冷却至室温，再次搅拌；c)取h2o2加入溶液中，室温下搅拌24h，即得到磺酸基修饰的纳米sio2。

进一步的，所述硅溶胶与磺酸基修饰的纳米二氧化硅溶液的体积比为0.25-4。

进一步的，所述烘干步骤中烘干温度为120–200℃，时间为5-20min。

本发明的硅溶胶是无色透明液体，硅烷之间通过si-o键偶联形成稳定的空间网状结构，kh-560烷基链上的环氧基团降低了烷基的疏水性，更加有助于增强涂层的亲水性。

本发明的磺酸基修饰的二氧化硅溶液是白色透明液体，改性过的二氧化硅颗粒均匀地分散在水溶液中，可以长时间稳定保存。

本发明中磺酸基修饰的二氧化硅与硅溶胶之间均匀混合，在烘干过程，二氧化硅表面的磺酸基与硅溶胶之间通过氢键络合，使亲水的二氧化硅固定在涂层材料中，因而具有了良好的附着力。

本发明的超亲水涂层材料，利用硅溶胶的网状结构和磺酸基的强亲水性，共同作用来实现超亲水和附着力的提升。

本发明的超亲水涂层材料中硅溶胶和二氧化硅均为微纳米级别，这保证了涂层在表观上是无色透明的，涂覆在基材表面后，对基材外观几乎无影响，极大地增加了其适用范围。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的：现存技术制备的亲水涂层，其附着力iso等级为4级(切口边缘大片剥落)，本发明所制备的涂层，拥有非常良好的附着力(iso等级为1级，在切口相交处有小片剥落，划格区内实际破损不超过5％)，且具备优秀能力的亲水性，接触角小于5°。此外，本发明的方法工艺简单、原料易得、绿色环保。

下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，下面的阐述仅是为了解释本发明的优点和技术方案，并不对本发明进行限定。

b)盐酸hcl(100ml，0.5m)和h2o(50ml)混合均匀后逐滴加入溶液a中，历时约10min；c)室温下持续搅拌24h后即得到高稳定性的硅溶胶。

b)teos(100ml)和甲基三甲氧基硅烷mpts(6ml)混合均匀后快速加入溶液b中，继续搅拌3h后，冷却至室温，再次搅拌；

c)取h2o2(50ml，30wt％)加入溶液中，室温下搅拌24h，即得到磺酸基修饰的纳米sio2溶液。

3.将步骤(1)和(2)所得硅溶胶和纳米sio2溶液按体积比1：1混合，搅拌15分钟。

4.将步骤(3)所得溶液，滴涂到玻璃板上，放入烘箱中，120℃下恒温20min。

5.由步骤(4)得到的涂层为无色透明，表面十分光滑平整的涂层，进行接触角试验，其对水的接触角小于5°，且涂层的附着力为iso等级1级。

b)盐酸hcl(100ml，0.5m)和h2o(200ml)混合均匀后逐滴加入溶液a中，历时约50min；c)室温下持续搅拌24h后即得到高稳定性的硅溶胶。。

b)teos(100ml)和甲基三甲氧基硅烷mpts(6ml)混合均匀后快速加入溶液b中，继续搅拌3h后，冷却至室温，再次搅拌；

c)取h2o2(50ml，30wt％)加入溶液中，室温下搅拌24h，即得到磺酸基修饰的纳米sio2溶液。

3.将步骤(1)和(2)所得硅溶胶和纳米sio2溶液按体积比4：1混合，搅拌15分钟。

4.将步骤(3)所得溶液，滴涂到玻璃板上，放入烘箱中，200℃下恒温10min。