專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)薄膜的制備方法和應(yīng)用，特別是一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，背景技術(shù)中的納米薄膜材料的制備方法和品種很多，如制備方法有膠態(tài)懸浮體化學(xué)沉淀法、自組裝法、表面改性法、電化學(xué)沉積法等；其制備的納米結(jié)構(gòu)功能性的薄膜也有許多種類(lèi)，如納米半導(dǎo)體薄膜、納米多孔薄膜、納米光學(xué)薄膜、納米磁學(xué)薄膜、納米摩擦學(xué)薄膜等。已有技術(shù)中納米結(jié)構(gòu)的薄膜的制備，一般是由粒子和襯底來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從以上所述的納米結(jié)構(gòu)薄膜功能的種類(lèi)上看，沒(méi)有提出關(guān)于“多質(zhì)散效應(yīng)”的納米結(jié)構(gòu)薄膜及其制備方法。該薄膜其特點(diǎn)就是利用離散效應(yīng)原理，將即要附著于基材(襯底)上的許多種物質(zhì)迅速離開(kāi)，或者分解散去，免得基材接觸，從而達(dá)到離散效應(yīng)的作用。
背景技術(shù)：
中盡管沒(méi)有提出多質(zhì)離散效應(yīng)理論，但有許多分解、疏油、疏水方面的材料，即單疏、雙疏的概念，其產(chǎn)品實(shí)質(zhì)是對(duì)水或油污的疏離作用，可以達(dá)到防油、防水的目的；已有技術(shù)中把只對(duì)水或油有單一疏離作用的叫單疏；對(duì)水、油同時(shí)具有疏離作用的叫雙疏。這種物質(zhì)我們定義為離散效應(yīng)材料。
背景技術(shù)：
中的離散效應(yīng)的材料一般由多種化學(xué)材料組成，其機(jī)理是化學(xué)反應(yīng)或鍵合形式與基材結(jié)合，來(lái)改變基材的物化性能，如代表產(chǎn)品托氟龍、N(三元一丁基)丙烯酰胺、乙一十四烷基丙烯酸脂、乙烯十二酸脂以及鹵類(lèi)單體、N-氟苯乙烯等；另一方面解決防水、防油的方法是在基材中加入帶有疏水或者疏油基團(tuán)的(官能團(tuán))包覆材料，這些材料一般為超細(xì)粉體或液體，如國(guó)外報(bào)導(dǎo)了永久處理技術(shù)，技術(shù)涵概了許多化學(xué)基本原理和各種納米材料，其產(chǎn)品性能及使用與其它產(chǎn)品基本相似，簽于對(duì)背景技術(shù)分析，本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的納米結(jié)構(gòu)薄膜的種類(lèi)和功能進(jìn)行分析，認(rèn)為背景技術(shù)中納米結(jié)構(gòu)薄膜種類(lèi)和功能存在如下不足一、已有的納米結(jié)構(gòu)薄膜沒(méi)有多質(zhì)離散效應(yīng)的功能，種類(lèi)大多數(shù)是光學(xué)薄膜、磁學(xué)、半導(dǎo)體或?qū)щ娔ぜ澳Σ帘∧?。本發(fā)明提供新的種類(lèi)補(bǔ)充。
二、已有技術(shù)中的“離散效應(yīng)”材料只是單一的防水、防油、抗菌、抗電磁等功能，一般不具有對(duì)多種物質(zhì)的分解離散功能，本發(fā)明提供新功能的補(bǔ)充。
三、已有技術(shù)中的化學(xué)組分基本以有機(jī)物或包覆材料為主，產(chǎn)品性能不夠穩(wěn)定，耐久性差，甚至有些污染成分，達(dá)不到環(huán)保要求。
四、已有技術(shù)中使用的單疏材料也有部分粉體材料，但是由于粒料較大一般在1000nm以上，這種材料不易在液相或膠體中分散，使得它們被加入到介質(zhì)材料中，效果及不明顯。而且影響制品的光澤，同時(shí)功能粉體上的基團(tuán)多是以物理方式吸附在粉體表面，基團(tuán)與粉體結(jié)合不牢固，這些基團(tuán)隨著時(shí)間延長(zhǎng)和溫度的提高而受到破壞，從而影響材料和制品的功能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前述背景技術(shù)中存在的不足，本課題組織發(fā)明人依多年的納米結(jié)構(gòu)薄膜制作的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，在多次試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，終于發(fā)明一種保持基材及制品穩(wěn)定性能并且可達(dá)到疏水、疏油、防塵、抗菌、抗老化功能的多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜材料的方法和應(yīng)用。
本發(fā)明中提出了新的薄膜種類(lèi)和功能的概念，即納米結(jié)構(gòu)“多質(zhì)離散效應(yīng)”的薄膜和制作方法。本發(fā)明中的“多質(zhì)離散效應(yīng)”理論是指該納米薄膜從功能上可以對(duì)三種以上物質(zhì)包括水、油、有機(jī)雜質(zhì)、無(wú)機(jī)塵埃、細(xì)菌及光、電、磁等多種物質(zhì)進(jìn)行催化、分解、離異、分散的作用，從本發(fā)明定義角度出發(fā)，背景技術(shù)中的單疏、雙疏材料均屬于“單質(zhì)離散型材料”。
本發(fā)明中提出了一種新型的制備納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用，是指通過(guò)將一次納米粒子與成膜物質(zhì)在一定條件下與基材結(jié)合，所形成穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用，其特征在于該技術(shù)方案中的納米材料是由納米抗菌材料、納米催化材料、納米界面材料、納米表面耗能材料、納米分解材料復(fù)合而成，上述材料的粒徑均小于100nm，上述納米材料通過(guò)氟碳表面活性劑改性，并通過(guò)氟碳成膜物質(zhì)將連續(xù)起來(lái)，薄膜厚為小于500nm，薄膜結(jié)構(gòu)可分為不連續(xù)相和連續(xù)相兩種，納米粒子隨機(jī)分布在成膜物質(zhì)中，納米薄膜與基材以滲透、吸附、化學(xué)鍵合等形式復(fù)合為一體；本發(fā)明的技術(shù)方案可以通過(guò)以下步驟得以實(shí)現(xiàn)，一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用，其特征在于一、原料選用(一)納米材料選用a、納米抗菌材料可以采用硅基氧化物為載體(SiO2-X)金屬離子抗菌材料，比例為8％-12％，牌號(hào)為SS1、DS1、SP1。
b、納米催化材料可以選用納米氧化鈦(TiO2)，牌號(hào)為DJ3、DJ3-Sc、納米分解材料可以選擇氧化鋅(ZnO)，牌號(hào)為MN6Z。
d、納米界面材料可以選擇氧化鋁(AlO3)，牌號(hào)為NR-3Al。
e、納米表面耗能材料選擇(TiO2)，牌號(hào)為RX-05。
(二)改性助劑的選用納米材料改性助劑可選擇氟碳表面活性劑，根據(jù)上述不同的納米材料選用不同型號(hào)的氟碳表面活性劑。其中納米抗菌材料選用四氟異鄰苯二甲腈表面活性劑。
納米催化材料選用氟碳硅烷表面活性劑。
納米分解材料選用全氟基氟硅高分子表面活性劑。
納米界面材料和表面耗能材料選用5％的氟烷基化合物表面活性劑。
(三)成膜物質(zhì)選用成膜物質(zhì)可選擇氟碳成膜活性材料。
本發(fā)明中采用全氟烷基磺酸酰烷基丙烯酸酯。
(四)納米材料分散介質(zhì)選用納米材料改性用的分散介質(zhì)可選擇脂肪烴、芳香烴或它們的衍生物，本發(fā)明中選用甲苯、二甲苯為分散介質(zhì)。
納米結(jié)構(gòu)薄膜制備分散介質(zhì)選擇去離子水。
二、制備方法(一)納米材料改性工藝本發(fā)明所用納米材料是經(jīng)過(guò)改性工藝制備的，其工藝過(guò)程為先將上述各種納米材料粉體，分別加在分散介質(zhì)二甲苯中分散，然后按納米材料與氟碳表面活性劑之間的量比為1∶0.005-1∶00.1的比例填加在分散介質(zhì)中，使納米材料表面羥基與氟碳表面活性劑進(jìn)行充分反應(yīng)，最后除去分散介質(zhì)，經(jīng)過(guò)干燥而得到各種納米改性材料粉體。
(二)納米復(fù)合材料制備工藝1.納米復(fù)合粉體配制比例按上述納米材料編號(hào)，配制比例為a∶b∶c∶d∶e＝20-30％∶15-25％∶20-30％∶15-25％∶15-20％將上述納米材料在攪拌機(jī)中充分?jǐn)嚢杈鶆騻溆?
(三)納米成膜漿料的制備1.原料選用
a.納米材料為上述納米改性復(fù)合材料0.1-2％。
b.氟碳成膜物質(zhì)為全氟烷基磺酸酰烷基丙烯酸脂2-4％.
c.功能助劑為脂肪醇聚氧乙烯醚0.05％-0.1％.
d.分散介質(zhì)為去離子水85-95％.
配比比例a∶b∶c∶d＝2％∶4％∶0.1％∶93.9％2.成膜漿料的制備工藝按上述比例備好原材料，將功能助劑加入到分散介質(zhì)中，分散介質(zhì)為去離子水，在50-70℃邊加入邊攪拌，使功能助劑均勻的溶解在分散介質(zhì)中，將改性后的納米復(fù)合材料，慢慢的加入到上述溶液中，一邊加入一邊攪拌，用攪拌機(jī)以120-160轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-30分鐘后，用乳化機(jī)進(jìn)行間接分散10-20分鐘，使納米材料均勻的分散在液相中，再將氟碳成膜物質(zhì)慢慢的加入到已經(jīng)分散好的納米液相中，慢慢攪拌均勻備用。
(四)納米結(jié)構(gòu)薄膜的制備工藝將即要原位成膜的基材清洗干凈，用噴涂、浸軋的方法，將成膜漿料設(shè)置在基材上邊，將設(shè)有成膜漿料的基材在120一180℃下加熱烘干0.5-1分鐘即可。通過(guò)調(diào)整漿料濃度或控制生產(chǎn)節(jié)和成膜壓，可以實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)薄膜的厚度控制。
本發(fā)明的技術(shù)方案與背景技術(shù)比較所具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果由于采用上述技術(shù)方案，使得制備的薄膜的功能機(jī)理、成膜方法、使用材料、納米薄膜微觀結(jié)構(gòu)有所不同，其優(yōu)點(diǎn)在于
一、本發(fā)明中的納米結(jié)構(gòu)薄膜是與基材原位復(fù)合而成具有與基材不可分割性。
二、本發(fā)明中的納米結(jié)構(gòu)薄膜中的納米材料為多功能復(fù)合材料，通過(guò)表面改性后，使得薄膜具有對(duì)油、水、有機(jī)雜質(zhì)、無(wú)機(jī)塵埃、細(xì)菌及光、電、磁的離異和分散作用，彌補(bǔ)了背景技術(shù)中單疏、雙疏材料的不足。
三、本發(fā)明中采用的納米材料改性助劑以氟碳表面活性劑為主，很少的添加量使液體的表面張力下降，如水73MN/M，降至為18MN/M，降能效果顯著。
四、由于氟原子獨(dú)特的幾何尺寸和電負(fù)性等因素使得改性后的納米材料，具有很高的熱穩(wěn)定性，很高的耐強(qiáng)酸、高濃度堿和強(qiáng)氧化性。
五、本發(fā)明中的成膜物質(zhì)采用氟碳成膜材料，使得膜厚明顯下降，保持原基材的物化特征和色彩，并仍有極高的透明度和透氣性。
鑒于上述分析，本發(fā)明制備的多質(zhì)離散效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)薄膜具有克服了背景技術(shù)中存在的不足。
以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和進(jìn)步性做進(jìn)一步的闡述實(shí)施例一納米材料改性取30g氟碳表面活性劑牌號(hào)為FN-80，加到200ml甲苯溶劑中，待完全溶解后，將200g納米氧化硅粉體慢慢的加入到上述含有表面活性劑的溶劑中攪拌，使其完全反應(yīng)，再脫去甲苯，在干燥箱中干燥，干燥溫度為120℃，最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀納米改性材料。
實(shí)施例二、將100g納米氧化鈦加入到800mL二甲苯中，然后在室溫條件下攪拌，使其均勻混合，然后慢慢將8g氟碳表面活性劑加到混合液中，邊加滴邊用超聲波分散，滴加完畢后，繼續(xù)超聲波攪拌10分鐘，使完全反應(yīng)。再?gòu)闹忻撊ザ妆剑〉枚趸伵c氟碳表面活性劑的反應(yīng)物，在烘箱中干燥，干燥溫度為150℃最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得改性納米二氧化鈦粉體。
其它改性粉體按上述方法可獲得改性納米氧化鋅、納米氧化鋁等納米材料。
實(shí)施例三納米復(fù)合粉體的制備將實(shí)施例一、二制備的納米改性粉體，按下列配方比例1、原材料選擇a.納米抗菌材料粒徑30nm的二氧化硅；b.納米催化材料粒徑為20nm二氧化鈦；c.納米分解材料粒徑為60nm的氧化鋅；d.納米界面材料粒徑為50nm的氧化鋁。
e.納米表面耗能材料半徑為10nm的二氧化鈦.
2、配方比例
a∶b∶c∶d∶e＝23％∶20％∶22％∶20％∶15％3、工藝過(guò)程將上述改性的納米材料按順序和比例加入到攪拌混料機(jī)內(nèi)，以150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘，待攪拌均勻后取出備用。
實(shí)施例四納米成膜漿料的制備1、原料選用a.納米改性混合材料0.5％；b.氟碳成膜物質(zhì)全氧烷基磺酸酰烷基丙烯酸脂5％；c.功能助劑選用脂肪醇聚氧乙烯醚0.1％；d.分散介質(zhì)為去離子水、電導(dǎo)率小于0.1。
2、配制比例a∶b∶c∶d＝0.5％∶5％∶0.1％∶94.4％3、成膜漿料的制備工藝按上述比例準(zhǔn)備好原材料，將功能助劑加入到分散介質(zhì)去離子水中，加速攪拌，使功能助劑均勻的溶解在分散介質(zhì)中，將改性后的納米混合材料，慢慢加入到上述溶液中，用攪拌機(jī)以160轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，攪拌30分鐘后，用乳化機(jī)進(jìn)行分散10分鐘，使納米材料均勻的分散在液相中，再將氟碳成膜物質(zhì)均勻的分散，慢慢的加入到已經(jīng)分散好的納米液相中，慢慢攪拌使成膜物質(zhì)溶解均勻備用。
實(shí)施例五織物納米結(jié)構(gòu)薄膜制備將即要原位成膜的纖維織物洗凈，用噴涂的方法將上述漿料均勻的噴涂在纖維織物表面，反復(fù)二遍，將噴涂好漿料的纖維織物放到150℃的干燥設(shè)備中，干燥1分鐘，即得到具有納米結(jié)構(gòu)薄膜纖維織物。
實(shí)施例六玻璃制品表面納米結(jié)構(gòu)薄膜的制備將玻璃制品表面清洗干凈，用粘泡的方法將納米成膜漿料附著在玻璃制品表面，取出玻璃制品，放入120℃的干燥箱進(jìn)行烘干5分鐘，取出冷卻。
實(shí)施例七車(chē)體表面納米結(jié)構(gòu)薄膜的制備將車(chē)體表面清洗干凈，用納米成膜漿料均勻噴涂在車(chē)體表面，將車(chē)體置入烘干室內(nèi)，在80℃的條件下，加熱10分鐘。
實(shí)施例八磚石木質(zhì)結(jié)構(gòu)墻體表面納米薄膜的制備將磚、石木質(zhì)結(jié)構(gòu)的墻體表面清理干凈，用噴涂的方法將上述漿料均勻的噴涂在墻體表面，用紅外熱源與墻體表面接觸，其接觸溫度為100℃情況下5分鐘即可實(shí)現(xiàn)納米薄膜的墻體表面。
以上技術(shù)方案是本發(fā)明中較佳實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)做工藝等同變化，比例修改等均屬本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用其特征在于該技術(shù)方案中所制備的納米結(jié)構(gòu)薄膜的組成是由小于100nm的納米氧化物復(fù)合粉體、氟碳成膜活性物質(zhì)及氟碳表面活性劑所組成，納米材料隨機(jī)均勻的分布在成膜物質(zhì)內(nèi)，納米結(jié)構(gòu)薄膜以吸附、鍵合、滲透的形式與基材固為一體，該納米結(jié)構(gòu)薄膜為小于500nm，具有對(duì)水、油、塵埃、熱電、磁、光等物質(zhì)有離異分散功能；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用其特征在于納米材料改性工藝為將納米氧化硅、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁粉體分別放入分散介質(zhì)甲苯、二甲苯中進(jìn)行分散，然后按納米材料與氟碳表面活性劑之間的量比為1∶0.05-1∶0.1的比例填加在分散介質(zhì)中，使納米材料表面羥基與氟碳表面活性劑進(jìn)行充分反應(yīng)，最后加熱除去分散介質(zhì)，經(jīng)過(guò)烘干而得到改性材料粉體；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用其特征在于納米成膜漿料的制備，其原料選擇前述的納米復(fù)合改性材料，成膜物質(zhì)為氟烷基磺酸酰烷基丙烯酸脂5-10％，功能助劑為脂肪醇聚氧乙烯醚0.05％-0.1％；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用其特征在于將成膜漿料用噴涂、浸軋方法將成膜漿料置于基材表面，包括布料、織物、玻璃制品、車(chē)體、桌臺(tái)、墻面等，用烘干設(shè)備將其升溫、干燥即可得到原位復(fù)合多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備的多質(zhì)離散效應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜的方法和應(yīng)用，其特征在于采用原始粒徑為3－100nm的納米氧化硅、氧化鈦、氧化鋅復(fù)合材料，通過(guò)氟碳表面活性劑和全氟烷基成膜物質(zhì)，在特定的條件與基材原位復(fù)合成納米結(jié)構(gòu)薄膜，由于氟碳鍵與納米粒子表面羥基的反應(yīng)和作用，使得改性后的納米粒子及納米薄膜具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐變性，表現(xiàn)出對(duì)水、油、細(xì)菌、有機(jī)塵埃、氣體、電、磁、光等多種物質(zhì)的離異和分散作用即多質(zhì)離散效應(yīng)，，該技術(shù)可廣泛用于紡織、化纖、棉毛、玻璃制品、磚石混凝土及木質(zhì)結(jié)構(gòu)墻體等方面的表面改性。
文檔編號(hào)D06M13/224GK1837299SQ200510042570
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者陳罘杲, 劉景春, 潘濠昌 申請(qǐng)人:劉景春, 潘濠昌, 陳罘杲