一種防污自潔pvc膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PVC膜結(jié)構(gòu)材料主要應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)建筑中，具有價格低廉、材質(zhì)柔軟、易施工等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用試產(chǎn)。但是PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面易沾污，直接影響PVC膜結(jié)構(gòu)材料的美觀及使用壽命。目前對PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行表面處理以改善其防污自潔性能的方法主要是通過聚丙烯酸酯(PA)樹脂涂覆PVC涂層，以及利用氟樹脂(主要為PVDF樹脂)表面處理，其水接觸角(CA)可達(dá)130° (如Ferrari公司生產(chǎn)的經(jīng)PVDF表層處理的PVC膜材)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了 PVC膜材的防污自潔性能。然而，利用PVDF雖然可以得到較佳的自清潔功能，但是存在工藝復(fù)雜的問題，而且PVDF與PVC基材相容性差，易剝離，需通過過度層或多道涂飾來實(shí)現(xiàn)兩者之間的粘結(jié)，同時也會出現(xiàn)環(huán)境污染，PVDF常用III級毒性(中毒危害)、易揮發(fā)的DMF作為溶劑。
[0003]因此，在實(shí)際研宄工作中，開發(fā)出防污自潔性能好、表面粘接牢度高、力學(xué)性能優(yōu)異、應(yīng)用領(lǐng)域廣、質(zhì)輕價廉、易加工的PVC自清潔膜結(jié)構(gòu)材料，對于提高PVC膜材品質(zhì)、使用壽命、附加值和競爭力，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且其研宄能產(chǎn)生重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法，旨在解決目前改善PVC膜結(jié)構(gòu)材料防污自潔性能的處理方法存在的工藝復(fù)雜、表面粘接牢度不高、易剝離且會出現(xiàn)環(huán)境污染的問題，本發(fā)明的處理方法能夠使PVC膜結(jié)構(gòu)材料獲得更好的防污自潔性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法，該處理方法通過對PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面進(jìn)行粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及其離子化處理，并將帶負(fù)電荷的納米二氧化硅(S12)粒子靜電自組裝到PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面；該處理方法按照如下步驟進(jìn)行:
[0007]步驟一，對PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行NaOH刻蝕來構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)；
[0008]步驟二，對構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行離子化處理；
[0009]步驟三，以正硅酸乙酯(TEOS)為先驅(qū)劑，通過水解、脫水和縮聚反應(yīng)制備納米S12粒子，調(diào)節(jié)溶液pH值，使溶液的pH > 7.0，使溶液中納米S12S子均勻分散，得到含帶負(fù)電納米S12粒子均勻分散的堿性溶液；
[0010]步驟四，利用靜電自組裝技術(shù)，將已構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)和離子化處理的PVC膜結(jié)構(gòu)材料經(jīng)帶負(fù)電荷S12粒子溶膠一凝膠浸乳處理。
[0011 ] 進(jìn)一步，在步驟一中，將PVC膜材浸漬在以氯化鈉(NaCl)為促進(jìn)劑的NaOH堿性水溶液中，在60?80°C下處理0.5?2h，其中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4?10wt%，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20?40wt %，取出PVC膜材后用去離子水水洗，水洗后用氮?dú)獯蹈?，使PVC膜材表面粗糙；
[0012]進(jìn)一步，在步驟二中，將已構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜材浸入質(zhì)量百分比為3:1?1: 3的PAA/NaH2P02的水溶液中，在溫度為60?90°C條件下離子化0.1?lh，取出PVC膜材，用去離子水水洗，水洗后氮?dú)獯蹈伞?br>[0013]進(jìn)一步，在步驟三中，首先將50份TEOS加入到100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94被％的乙醇中制得混合液；其次，將制得的混合液與35份去離子水、100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94wt%的乙醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28wt%的NH4OH溶液進(jìn)行混合，通過添加不同量的NH4OH溶液以控制溶液中NH4OH的含量在0.5?8.0份，進(jìn)而控制S12的粒徑；然后，進(jìn)一步在溫度為25?40°C的恒溫磁力攪拌機(jī)中反應(yīng)12?24h，使S12粒徑分布介于50?500nm，通過改變NH4OH溶液的添加量從而分別得到含不同粒徑范圍S12納米粒子的溶液。
[0014]進(jìn)一步，在步驟四中，首先將離子化處理的PVC膜結(jié)構(gòu)材料交替浸入PAH和PAA溶液中15?30min，在其表面形成PAH/PAA基底；其次，交替浸入PAH和通過步驟三制得的粒徑為200?500nm的S12溶液中I?5次，通過靜電吸附作用在其表面形成微米級別(PAH/S12)n粗糙層，并用去離子水去除未反應(yīng)的納米S12粒子；然后，再交替浸入PAH和通過步驟三制得的粒徑為50?10nm的S12溶液中I?3次，形成納米級(PAH/Si02) Jl ;最后，在其表面修飾低表面能物質(zhì)全氟燒基娃燒偶聯(lián)劑，并于80?120°C溫度下干燥10?30min，即制得防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果如下:
[0016]本發(fā)明提供的防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法，創(chuàng)新性地采用堿性溶液對PVC膜材表面進(jìn)行刻蝕以及對刻蝕后的PVC膜材進(jìn)行離子化處理，通過交替浸漬使納米S12有效沉積于其表面，最后修飾低表面能物質(zhì)全氟烷基硅烷偶聯(lián)劑，工藝方法簡單，易于操作和工業(yè)實(shí)施，所制得的PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面通過化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)的共同構(gòu)建及其協(xié)同作用，使其表面具有類似荷葉的超疏水表面，在使用過程中僅依靠雨水沖刷就能保持自潔，具有優(yōu)異的防污自潔效果和功能。
【附圖說明】
[0017]圖1為PVC膜材原樣及經(jīng)NaOH刻蝕不同時間后的AFM表面形貌圖；
[0018]圖2為不同NH4OH含量時所制備的不同粒徑S12粒子的TEM形貌圖；
[0019]圖3為經(jīng)表面粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)筑后高度有序化超疏水PVC膜表面靜電自組裝的AFM形貌圖；
[0020]圖4為PVC膜材以及經(jīng)過不同處理方法后，其表面水觸角變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明針對PVC膜結(jié)構(gòu)材料因紫外降解性和增塑劑外迀而引起的易玷污、清洗困難、自潔性差的問題，設(shè)計思路是將“荷葉效應(yīng)”原理應(yīng)用到防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料的制備方法之中，以NaCl為促進(jìn)劑的堿性溶液對PVC膜材表面進(jìn)行刻蝕，形成粗糙的表面，交替浸入PAH和PAA溶液在其表面形成帶電基底，以利于化學(xué)沉積反應(yīng)中納米Si02和PVC之間通過靜電吸附作用產(chǎn)生牢固結(jié)合，再修飾以修飾低表面能物質(zhì)，制得一種新型防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料。
[0023]本發(fā)明設(shè)計的防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法通過對PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面進(jìn)行粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及其離子化處理，并將帶負(fù)電荷的納米二氧化硅(S12)粒子靜電自組裝到PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面；該處理方法按照如下步驟進(jìn)行:
[0024]步驟一，對PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行NaOH刻蝕來構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)；
[0025]步驟二，對構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行離子化處理；
[0026]步驟三，以正硅酸乙酯(TEOS)為先驅(qū)劑，通過水解、脫水和縮聚反應(yīng)制備納米S12粒子，調(diào)節(jié)溶液pH值，使溶液的pH > 7.0，使溶液中納米S12S子均勻分散，得到含帶負(fù)電納米S12粒子均勻分散的堿性溶液；
[0027]步驟四，利用靜電自組裝技術(shù)，將已構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)和離子化處理的PVC膜結(jié)構(gòu)材料經(jīng)帶負(fù)電荷S12粒子溶膠一凝膠浸乳處理。
[0028]在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟一中，將PVC膜材浸漬在以氯化鈉(NaCl)為促進(jìn)劑的NaOH堿性水溶液中，在60?80°C下處理0.5?2h，其中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4?10wt%，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20?40wt%，取出PVC膜材后用去離子水水洗，水洗后用氮?dú)獯蹈桑筆VC膜材表面粗糙，此步驟中，NaCl的加入可以有效促進(jìn)對PVC的刻蝕，提高生產(chǎn)效率。
[0029]在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟二中，將已構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜材浸入質(zhì)量百分比為3: I?1: 3的PAA/NaH2P02的水溶液中，在溫度為60?90°C條件下離子化
0.1?lh，取出PVC膜材，用去離子水水洗，水洗后氮?dú)獯蹈伞?br>[0030]在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟三中，首先將50份TEOS加入到100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94wt%的乙醇中制得混合液；其次，將制得的混合液與35份去離子水、100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94wt %的乙醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28wt %的NH4OH溶液進(jìn)行混合，通過添加不同量的NH4OH溶液以控制溶液中NH4OH的含量在0.5?8.0份，進(jìn)而控制S12的粒徑；然后，進(jìn)一步在溫度為25?40°C的恒溫磁力攪拌機(jī)中反應(yīng)12?24h，使S12粒徑分布介于50?500nm，通過改變NH4OH溶液的添加量從而分別得到含不同粒徑范圍S12納米粒子的溶液。
[0031]在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟四中，首先將離子化處理的PVC膜結(jié)構(gòu)材料交替浸入PAH和PAA溶液中15?30min，在其表面形成PAH/PAA基底；其次，交替浸入PAH和通過步驟三制得的粒徑為200?500nm的S12溶液中I?5次，通過靜電吸附作用在其表面形成微米級別(PAH/Si02)n粗糙層，并用去離子水去除未反應(yīng)的納米S12粒子；然后，再交替浸入PAH和通過步驟三制得的粒徑為50?10nm的S12溶液中I?3次，形成納米級(PAH/S12) ;最后，在其表面修飾低表面能物質(zhì)全氟燒基娃燒偶聯(lián)劑，并于80?120°C溫度下干燥10?30min，即制得防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本發(fā)明實(shí)施例的防污自潔PVC膜結(jié)構(gòu)材料表面處理方法，按照如下具體步驟進(jìn)行:
[0034]步驟一，對PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行NaOH刻蝕來構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)；將PVC膜材浸漬在以氯化鈉(NaCl)為促進(jìn)劑的NaOH堿性水溶液中，在80°C下處理lh，其中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6wt%，Na0H的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25wt%，取出PVC膜材后用去離子水水洗，水洗后用氮?dú)獯蹈?，使PVC膜材表面粗糙。
[0035]步驟二，對構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行離子化處理；將已構(gòu)建表面粗糙微結(jié)構(gòu)的PVC膜材浸入質(zhì)量百分比為2: I的PAA/NaH2P02的水溶液中，在溫度為80°C條件下離子化lh，取出PVC膜材，用去離子水水洗，水洗后氮?dú)獯蹈伞?br>[0036]步驟三，以正硅酸乙酯(TEOS)為先驅(qū)劑，通過水解、脫水和縮聚反應(yīng)制備納米S12粒子，調(diào)節(jié)溶液pH值，使溶液的pH > 7.0，使溶液中納米S12S子均勻分散，得到含帶負(fù)電納米Si02粒子均勻分散的堿性溶液；
[0037]首先將50份TEOS加入到100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94wt%的乙醇中制得混合