一种防油污自清洁涂层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种防油污自清洁涂层及其制备方法，涉及新材料技术领域。本发明先将静电纺丝液进行超声处理，在静电纺丝时，静电纺丝时对注射器针头喷出的纤维未到达负极前进行二次超声波处理，静电纺丝时负极为铝合金板，使纤维直接在铝合金板上生成，形成交叉的三维网状的涂层，涂层表面水分掉落带走部分油污，其余油污也会自动掉落，达到自清洁的效果；将表面制得纤维的铝合金再进行两次浸侵，第一次将铝合金浸在发泡的聚乙烯醇溶液中，第二次将铝合金浸在聚乙烯醇硅溶胶溶液中并进行加热，将涂层牢牢粘结在铝合金表面的同时延长使用寿命。

权利要求

1.一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，制备防油污自清洁涂层的工艺流程为：介孔中空二氧化硅制备，静电纺丝液制备，静电纺丝，涂层制备；

所述防油污自清洁涂层的制备方法包括以下具体步骤：（1）将十六烷基三甲基溴化铵溶于含有一水合氨的乙醇水溶液中后，进行机械搅拌，转速为1200～1500r/min，时间为2～3h，搅拌完成后迅速加入正硅酸四乙酯，在45℃下反应

24h，离心，再将离心得到的物质分散在去离子水中，进行超声搅拌，搅拌反应4～8h，自然冷却至室温后过滤，将产物分别用去离子水和乙醇交替洗涤3次后，再在60～80℃下用盐酸乙醇溶液洗涤3次，在60～80℃真空干燥箱中干燥3～6h，制得介孔中空二氧化硅；

（2）将步骤（1）制得的介孔中空二氧化硅离心得到的物质分散在去离子水中，进行搅拌，搅拌反应4～8h，得到介孔中空二氧化硅溶胶，向介孔中空二氧化硅溶胶中加入聚乙烯醇，搅拌均匀制得静电纺丝液；

（3）将静电纺丝液进行第一次超声处理，超声频率为20～40kHz，时间为30～50min；

（4）将步骤（3）经过超声后的静电纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板作为负极收集纤维；正负极间的距离为10～15cm，在正负极间对未到达负极的纤维进行超声处理；

（5）将聚乙烯醇水溶液进行强力的机械搅拌，转速为8000～10000r/min，制得发泡的聚乙烯醇；将步骤（4）制得带有纤维的铝合金加入步骤（3）制得的发泡的聚乙烯醇中，30～

50min后捞出；

（6）将聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水按比例混合，制得聚乙烯醇硅溶胶溶液；将步骤（5）得到的铝合金板浸于聚乙烯醇硅溶胶溶液中，快速升温加热，保温5～10min后，自然冷却至室温，制得成品。

2.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中：十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水质量比为35：1：600：120；十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸四乙酯质量比为1：6；超声频率为10～20kHz。

3.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（2）中：介孔中空二氧化硅、去离子水与聚乙烯醇质量比为1：3：1。

4.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（4）中：静电纺丝时，超声频率为10～20kHz，纺丝电压为10～20kV，注射泵推进速度为200～

400μL/min，纺丝温度120 180℃。

~

5.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（5）中：聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：1～3。

6.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（6）中：聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水的质量比为1：1：1～3。

7.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，上述步骤（6）中：升温速率为40℃/min，加热至230～240℃。

8.根据权利要求1所述的一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，所述防油污自清洁涂层的制备方法制得的防油污自清洁涂层，包括以下重量份数的原料：100～200份二氧化硅、200～400份聚乙烯醇。

说明书

一种防油污自清洁涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及新材料领域，具体为一种防油污自清洁涂层及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着我国经济的快速发展，在生产和生活中，各种材料广泛的应用于各个领域，但是单一材料在正常使用过程中往往不可避免的会遭受腐蚀、污染等问题，从而影响材料的
使用寿命。其中用铝合金板制备的抽油烟机，就长期处于油烟的污染氛围中，不仅难清洁，
还影响使用以及美观等。因此，在铝合金板上直接制备一层涂层，不仅可以易于清洁抽油烟
机表面，还能够做到防油污自清洁，是非常有发展前景的。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种防油污自清洁涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供如下技术方案：一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，制备防油污自清洁涂层的工艺流程为：

[0005] 介孔中空二氧化硅制备，静电纺丝液制备，静电纺丝，涂层制备。

[0006] 优选的，包括以下具体步骤：

[0007] (1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于含有一水合氨的乙醇水溶液中后，进行机械搅拌，转速为1200～1500r/min，时间为2～3h，搅拌完成后迅速加入正硅酸四乙酯，在45℃下
反应24h，离心，再将离心得到的物质分散在去离子水中，进行超声搅拌，搅拌反应4～8h，自
然冷却至室温后过滤，将产物分别用去离子水和乙醇交替洗涤3次后，再在60～80℃下用盐
酸乙醇溶液洗涤3次，在60～80℃真空干燥箱中干燥3～6h，制得介孔中空二氧化硅；

[0008] (2)将步骤(1)制得的介孔中空二氧化硅离心得到的物质分散在去离子水中，进行搅拌，搅拌反应4～8h，得到介孔中空二氧化硅溶胶，向介孔中空二氧化硅溶胶中加入聚乙
烯醇，搅拌均匀制得静电纺丝液；

[0009] (3)将静电纺丝液进行第一次超声处理，超声频率为20～40kHz，时间为30～50min；

[0010] (4)将步骤(3)经过超声后的静电纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板作为负极收集纤维；正负极间的
距离为10～15cm，在正负极间对未到达负极的纤维进行超声处理；

[0011] (5)将聚乙烯醇水溶液进行强力的机械搅拌，转速为8000～10000r/min，制得发泡的聚乙烯醇；将步骤(4)制得带有纤维的铝合金加入步骤(3)制得的发泡的聚乙烯醇中，30
～50min后捞出；

[0012] (6)将聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水按比例混合，制得聚乙烯醇硅溶胶溶液；将步骤(5)得到的铝合金板浸于聚乙烯醇硅溶胶溶液中，快速升温加热，保温5～10min
后，自然冷却至室温，制得成品。

[0013] 优选的，所述上述步骤(1)中：十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水质量比为35：1：600：120；十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸四乙酯质量比为1：6；超声频率为
10～20kHz。

[0014] 优选的，所述上述步骤(2)中：介孔中空二氧化硅、去离子水与聚乙烯醇质量比为1：3：1。

[0015] 优选的，所述上述步骤(4)中：静电纺丝时，超声频率为10～20kHz，纺丝电压为10～20kV，注射泵推进速度为200～400μL/min，纺丝温度120～180℃。

[0016] 优选的，所述上述步骤(5)中：聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：1～3。

[0017] 优选的，所述上述步骤(6)中：聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水的质量比为1：1：1～3。

[0018] 优选的，所述上述步骤(6)中：升温速率为40℃/min，加热至230～240℃。

[0019] 本发明第二方面，防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，所述防油污自清洁涂层的制备方法制得的防油污自清洁涂层，包括以下重量份数的原料：100～200份二氧化
硅、200～400份聚乙烯醇。

[0020] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

[0021] 将介孔中空二氧化硅溶胶与聚乙烯醇进行配比制得静电纺丝液，将静电纺丝液先进行超声波处理，再进行静电纺丝，静电纺丝时对注射器针头喷出的纤维未到达负极前进
行二次超声波处理；静电纺丝液在进行超声波处理时将介孔中控二氧化硅细化，进而使静
电纺丝制得的多孔的纳米纤维和微球结合的复合三维结构中的微球在球形介孔中空二氧
化硅中形成；静电纺丝时负极为铝合金板，使纤维直接在铝合金板上生成，形成交叉的三维
网状结构；而过程中的二次超声波处理，再次将带有微球的球形介孔中空二氧化硅细化，减
小纤维中球形介孔中空二氧化硅的体积，使得涂层在涂刷时有更多数量的带有微球的球形
介孔中空二氧化硅在表面；这种带有微球的球形介孔中空二氧化硅，使涂层表面变得粗糙
的同时，协同纤维和介孔，在铝合金表面形成交叉网状的涂层，由铝合金制得抽油烟机在使
用时，周围环境温度升高，空气中的水蒸汽接触涂层时发生液化，形成水分吸附在涂层表
面，日常便可吸附灰尘，而未被吸走的油烟在空气中被交叉网格中的水分吸附，而烟气在介
孔处被吸附，减少了在涂层表面对于水分的吸附量，在水分掉落带走部分油污，而剩余的油
污由于水分吸附油烟后重量增大，会自动掉落达到自清洁的目的。

[0022] 将表面制得纤维的铝合金进行两次浸侵，第一次将铝合金浸在发泡的聚乙烯醇溶液中，第二次将铝合金浸在聚乙烯醇硅溶胶溶液中并进行加热；第一次浸侵后带有微球的
球形介孔中空二氧化硅的介孔和纤维孔隙处填满发泡的聚乙烯醇；第二次浸侵加热时纤维
中的聚乙烯醇软化与聚乙烯醇硅溶胶溶液融合，冷却凝固后牢牢的粘结在铝合金表面，而
带有微球的球形介孔中空二氧化硅由于介孔处的发泡的聚乙烯醇隔热，使球体内的微球不
受影响的同时，爆破后介孔内的聚乙烯醇缓慢流出不仅使带有微球的球形介孔中空二氧化
硅空隙率增大，吸附烟气的能力更强，冷却凝固后更是将带有微球的球形介孔中空二氧化
硅粘结在涂层表面，增强涂层的使用寿命。

具体实施方式

[0023] 下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明
中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 本发明第一方面提供如下技术方案：一种防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，制备防油污自清洁涂层的工艺流程为：

[0025] 介孔中空二氧化硅制备，静电纺丝液制备，静电纺丝，涂层制备。

[0026] 优选的，包括以下具体步骤：

[0027] (1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于含有一水合氨的乙醇水溶液中后，进行机械搅拌，转速为1200～1500r/min，时间为2～3h，搅拌完成后迅速加入正硅酸四乙酯，在45℃下
反应24h，离心，再将离心得到的物质分散在去离子水中，进行超声搅拌，搅拌反应4～8h，自
然冷却至室温后过滤，将产物分别用去离子水和乙醇交替洗涤3次后，再在60～80℃下用盐
酸乙醇溶液洗涤3次，在60～80℃真空干燥箱中干燥3～6h，制得介孔中空二氧化硅；

[0028] (2)将步骤(1)制得的介孔中空二氧化硅离心得到的物质分散在去离子水中，进行搅拌，搅拌反应4～8h，得到介孔中空二氧化硅溶胶，向介孔中空二氧化硅溶胶中加入聚乙
烯醇，搅拌均匀制得静电纺丝液；

[0029] (3)将静电纺丝液进行第一次超声处理，超声频率为20～40kHz，时间为30～50min；

[0030] (4)将步骤(3)经过超声后的静电纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板作为负极收集纤维；正负极间的
距离为10～15cm，在正负极间对未到达负极的纤维进行超声处理；

[0031] (5)将聚乙烯醇水溶液进行强力的机械搅拌，转速为8000～10000r/min，制得发泡的聚乙烯醇；将步骤(4)制得带有纤维的铝合金加入步骤(3)制得的发泡的聚乙烯醇中，30
～50min后捞出；

[0032] (6)将聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水按比例混合，制得聚乙烯醇硅溶胶溶液；将步骤(5)得到的铝合金板浸于聚乙烯醇硅溶胶溶液中，快速升温加热，保温5～10min
后，自然冷却至室温，制得成品。

[0033] 优选的，所述上述步骤(1)中：十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水体积比为35：1：600：120；十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸四乙酯质量比为1：6；超声频率为
10～20kHz。

[0034] 优选的，所述上述步骤(1)中：十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水质量比为35：1：600：120；十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸四乙酯质量比为1：6；超声频率为
10～20kHz。

[0035] 优选的，所述上述步骤(2)中：介孔中空二氧化硅、去离子水与聚乙烯醇质量比为1：3：1。

[0036] 优选的，所述上述步骤(4)中：静电纺丝时，超声频率为10～20kHz，纺丝电压为10～20kV，注射泵推进速度为200～400μL/min，纺丝温度120～180℃。

[0037] 优选的，所述上述步骤(5)中：聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：1～3。

[0038] 优选的，所述上述步骤(6)中：聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水的质量比为1：1：1～3。

[0039] 优选的，所述上述步骤(6)中：升温速率为40℃/min，加热至230～240℃。

[0040] 本发明第二方面，防油污自清洁涂层的制备方法，其特征在于，所述防油污自清洁涂层的制备方法制得的防油污自清洁涂层，包括以下重量份数的原料：100～200份二氧化
硅、200～400份聚乙烯醇。

[0041] 实施例1：防油污自清洁涂层一：

[0042] 一种防油污自清洁涂层，按重量份数计包括：100份的二氧化硅，200份的聚乙烯醇。

[0043] 一种防油污自清洁涂层的制备方法，所述防油污自清洁涂层的制备方法主要包括以下步骤：

[0044] (1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于含有一水合氨的乙醇水溶液中，十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水质量比为35：1：600：120，混合后进行机械搅拌，转速
为1200r/min，时间为2h，搅拌完成后迅速加入正硅酸四乙酯，十六烷基三甲基溴化铵与正
硅酸四乙酯质量比为1：6，在45℃下反应24h，反应后进行离心，再将离心得到的物质分散在
去离子水中，进行超声搅拌，超声频率为10kHz，搅拌反应4h，自然冷却至室温后过滤，将产
物分别用去离子水和乙醇交替洗涤3次后，再在60℃下用盐酸乙醇溶液洗涤3次，在60℃真
空干燥箱中干燥3h，制得介孔中空二氧化硅；

[0045] (2)将步骤(1)制得的介孔中空二氧化硅离心得到的物质分散在去离子水中，进行搅拌，搅拌反应4h，得到介孔中空二氧化硅溶胶，向介孔中空二氧化硅溶胶中加入聚乙烯
醇，搅拌均匀制得静电纺丝液，其中介孔中空二氧化硅、去离子水与聚乙烯醇质量比为1：3：
1；

[0046] (3)将静电纺丝液进行第一次超声处理，超声频率为20kHz，时间为30min；

[0047] (4)将步骤(3)经过超声后的静电纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板作为负极收集纤维；正负极间的
距离为10cm，在正负极间对未到达负极的纤维进行超声处理，超声频率为10kHz，纺丝电压
为10kV，注射泵推进速度为200μL/min，纺丝温度120℃；

[0048] (5)将聚乙烯醇水溶液进行强力的机械搅拌，聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：1，转速为8000r/min，制得发泡的聚乙烯醇；将步骤(4)制得带有纤维的铝合金加入步骤(3)
制得的发泡的聚乙烯醇中，30min后捞出；

[0049] (6)将聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水按质量比1：1：1混合，制得聚乙烯醇硅溶胶溶液；将步骤(5)得到的铝合金板浸于聚乙烯醇硅溶胶溶液中，快速升温加热，升温速
率为40℃/min，加热至230℃，保温5min后，自然冷却至室温，制得成品。

[0050] 实施例2：防油污自清洁涂层二：

[0051] 一种防油污自清洁涂层，按重量份数计包括：200份的二氧化硅，400份的聚乙烯醇。

[0052] 一种防油污自清洁涂层的制备方法，所述防油污自清洁涂层的制备方法主要包括以下步骤：

[0053] (1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于含有一水合氨的乙醇水溶液中，十六烷基三甲基溴化铵、一水合氨、乙醇和去离子水质量比为35：1：600：120，混合后进行机械搅拌，转速
为1500r/min，时间为3h，搅拌完成后迅速加入正硅酸四乙酯，十六烷基三甲基溴化铵与正
硅酸四乙酯质量比为1：6，在45℃下反应24h，反应后进行离心，再将离心得到的物质分散在
去离子水中，进行超声搅拌，超声频率为20kHz，搅拌反应8h，自然冷却至室温后过滤，将产
物分别用去离子水和乙醇交替洗涤3次后，再在80℃下用盐酸乙醇溶液洗涤3次，在80℃真
空干燥箱中干燥6h，制得介孔中空二氧化硅；

[0054] (2)将步骤(1)制得的介孔中空二氧化硅离心得到的物质分散在去离子水中，进行搅拌，搅拌反应8h，得到介孔中空二氧化硅溶胶，向介孔中空二氧化硅溶胶中加入聚乙烯
醇，搅拌均匀制得静电纺丝液，其中介孔中空二氧化硅、去离子水与聚乙烯醇质量比为1：3：
1；

[0055] (3)将静电纺丝液进行第一次超声处理，超声频率为40kHz，时间为50min；

[0056] (4)将步骤(3)经过超声后的静电纺丝液注入静电纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板作为负极收集纤维；正负极间的
距离为15cm，在正负极间对未到达负极的纤维进行超声处理，超声频率为20kHz，纺丝电压
为10kV，注射泵推进速度为400μL/min，纺丝温度180℃；

[0057] (5)将聚乙烯醇水溶液进行强力的机械搅拌，聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：3，转速为10000r/min，制得发泡的聚乙烯醇；将步骤(4)制得带有纤维的铝合金加入步骤
(3)制得的发泡的聚乙烯醇中，50min后捞出；

[0058] (6)将聚乙烯醇、纳米二氧化硅与去离子水按质量比1：1：3混合，制得聚乙烯醇硅溶胶溶液；将步骤(5)得到的铝合金板浸于聚乙烯醇硅溶胶溶液中，快速升温加热，升温速
率为40℃/min，加热至240℃，保温10min后，自然冷却至室温，制得成品。

[0059] 对比例1

[0060] 对比例1的处方组成同实施例1。该防油污自清洁涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(3)的制备，其余制备步骤同实施例1。

[0061] 对比例2

[0062] 对比例2的处方组成同实施例1。该防油污自清洁涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(4)的不同，将步骤(4)修改为：将步骤(3)经过超声后的静电纺丝液注入静电
纺丝设备的注射器中，利用静电纺丝设备制备成纤维，注射器针头连接电源正极，铝合金板
作为负极收集纤维；正负极间的距离为10cm，纺丝电压为10kV，注射泵推进速度为200μL/
min，纺丝温度120℃；其余制备步骤同实施例1。

[0063] 对比例3

[0064] 对比例3的处方组成同实施例1。该防油污自清洁涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(5)的处理；其余制备步骤同实施例1。

[0065] 对比例4

[0066] 对比例4的处方组成同实施例1。该防油污自清洁涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(6)的处理；其余制备步骤同实施例1。

[0067] 试验例1

[0068] 1、试验方法

[0069] 实施例1与对比例1、2为对照试验，利用表面接触仪测试铝合金板表面的涂层亲疏水性能，进行对比。

[0070] 2、试验结果

[0071] 实施例1与对比例1、2亲疏水性能对比。

[0072] 表1水接触角(°)

[0073]  水接触角
实施例1 45
对比例1 70
对比例2 80

[0074] 通过实施例1与对比例1、2水接触角进行对比，可以明显发现实施例1制备的涂层水接触角较小，说明实施例1制备的涂层亲水性能优异，可以通过吸附水层进而达到防油污
自清洁的效果，说明经过两次超声处理增强了涂层的亲水性能；预示着本发明制备的涂层
具备优异的防油污和自清洁能力。

[0075] 试验例2

[0076] 1、试验方法

[0077] 实施例1与对比例3、4为对照试验，将实施例1与对比例3、4制得的铝合金板进行摩擦20～50次，利用表面接触仪测试铝合金板表面的涂层亲疏水性能，进行对比。

[0078] 2、试验结果

[0079] 实施例1与对比例3、4经过摩擦后亲疏水性能对比。

[0080] 表2水接触角(°)

[0081]  摩擦0次 摩擦20次 摩擦30次 摩擦50次
实施例1 45 46 49 50
对比例3 48 65 71 77
对比例4 47 70 79 85

[0082] 通过实施例1与对比例3、4经过摩擦前后水接触角进行对比，可以明显发现实施例1制备的涂层水接触角变化不大，说明实施例1制备的涂层在经过摩擦后仍然具有较强的亲
水性，可以长期通过吸附水层达到防油污和自清洁的效果，预示着本发明制备的涂层在具
备优异的防油污和自清洁能力的同时，使用寿命也较长。

[0083] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。