[发明专利]一种用于塑料表面改性的超薄纳米涂层的制造方法

说明书

技术领域

本发明公开的一种特殊溶胶及其成膜方法，主要应用于有机高分子表面改性，通过表面覆盖具有特殊性能的薄膜，可以改善材料表面的各种性能，弥补材料表面的缺陷；有机高分子材料或表面硬度较低、或耐摩擦、抗刮划性能较低，或耐候性、耐化性较差，为满足各种产品的需求，对有机高分子材料表面进行改性，弥补有机高分子材料的各种表面性能缺陷，具有迫切的市场需求和广阔的市场应用前景。

背景技术

溶胶凝胶法：溶胶是指通过水解和聚合作用，形成的有机或无机的纳米或微米级的粒子，这些粒子通常带有电荷，并由于电荷作用，吸附一层溶剂分子，形成由溶剂包覆的纳米或微米粒子，即胶体粒子，这些胶体粒子由于带有电荷而相互排斥，从而能以悬浮状态存在于溶剂中，即形成溶胶；胶体粒子由于失去电荷，或者包覆在外圈的溶剂层被破坏，胶体粒子发生聚合，溶胶发生固化即形成凝胶。

溶胶制造中存在一个较大的难题是，溶胶由于各种因素的影响，失去稳定性，发生凝胶。这给溶胶的大规模制造和应用形成严重的制约，解决溶胶的稳定性，是拓展溶胶应用空间的前提条件。

溶胶通常采用浸润提拉、匀胶甩膜等工艺制备薄膜，这些方法的一个共同缺陷就是，只适合于二维平面涂膜，对于三维基材，则无法涂膜。

溶胶成膜通常在较高的温度下固化，有机薄膜固化一般在130度至200度，无机薄膜固化一般在500度至600度；即使在130度时，许多常用的有机高分子材料都可能发生软化变形；在100度以下的温度，使溶胶成膜固化，是一个适用而又困难的挑战。

发明内容

本发明公开了一种可长期稳定存储、可低温固化的微纳米溶胶制备方法及其固化形成超薄涂层的方法，包括以下步骤：

1）按照反应式

水解通式为R_xM(OR)_z-x的有机金属化合物，形成溶胶，式中R为有机官能基，M选自硅、铝、钛、锆等或它们的混合物，R’为可水解的低分子量烷基，z为M的化合价，而x小于z，至少为1，y至少为1并小于z-x；或

按照反应式

水解一种通式为M’(OR’’)_z’的金属醇盐，形成金属醇盐溶胶，式中M’为形成可水解醇盐的金属，R’’为低分子量烷基，z’为M’的化合价，y’至少为1和小于z’；

2）加入无机盐的溶解液、有机小分子或其预聚体作为前体，混合或偶联，形成较高温条件下可长期稳定存储的复合纳米溶胶；添加无机盐，可以使溶胶成膜后获得高硬度、耐摩擦、抗刮划、耐候等多种性能，添加有机小分子或其预聚物作为单体，可以使溶胶成膜后获得耐冲击、抗折、耐化学腐蚀、耐候、防脏污与防水等多种性能；

3）添加带长链的有机小分子或其预聚物，与溶胶颗粒结合，同时使溶胶保持较高的酸度值，从而阻止溶胶颗粒的团聚，使溶胶可以在较高的环境温度下（如不超过摄氏60度）长期存储而不发生凝胶或沉淀；

4）添加玻璃化温度较高的有机小分子或其预聚物作为溶胶成膜单体，同时采用混合醚化的氨基树脂或氟碳树脂，有效加速溶胶固化速度，降低溶胶固化成膜的温度；

5）溶胶可以但不仅限于高压喷雾、喷淋、浸润、压辊等方法，喷涂到复杂的三维结构的有机高分子材料表面；为获得超薄涂层，尽可能选择低浓度的溶胶体系，并添加有机氟树脂降低体系的表面张力，同时使得溶胶具有良好的流平性能；

6）经干燥和老化，涂覆于有机高分子材料表面的溶胶自然流平，其中的溶剂得以挥发，形成均匀、透明的凝胶薄膜；

7）选择摄氏80度至110度的范围内的低温烘烤，经自然冷却，在有机高分子材料表面形成坚硬透明的多性能超薄膜。

纳米溶胶包含无机和有机成分，制造无机与有机复合薄膜，既包含无机纳米材料的特征，有包含有机高分子材料的特征，广泛应用于各种树脂材料表面改性，尤其是手机、平板电脑、笔记本电脑等各种电子产品、汽车、电子仪表、家用电器、日用器皿、包袋等各种树脂制品外包结构件之表面，不但赋予其优良的使用性能，而且赋予其美观的视觉效果。

将纳米溶胶涂覆于各种树脂表面，包括但不仅限于聚碳酸酯、尼龙、ABS或者树脂混合物的表面，形成透明坚硬的纳米薄膜，赋予树脂表面各种特殊性能，包括但不限于高硬度、耐摩擦性能、耐刮划性能、防脏污性能、耐候耐化性能等。

通过纳米溶胶胶粒的表面改性和有机分子表面包覆，使纳米溶胶胶粒稳定分散，从而使纳米溶胶能够在较高的温度下（如不高于摄氏60度）长期稳定保存。