一种长效耐磨的纳米防雾剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种长效耐磨的纳米防雾剂及其制备方法和应用 (Long-acting wear-resistant nano antifogging agent and preparation method and application thereof ) 是由 钟明伟 周平乐 于 2021-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种长效耐磨的纳米防雾剂及其制备方法和应用,其方法有以下步骤,先将碱金属氢氧化物与乙醇溶液超声混合完全得到透明溶液,加入醋酸盐进行常温搅拌制备胶体溶液,再加入四乙氧基硅烷,减压蒸出乙醇得到纳米粒子。使用时,将纳米粒子溶于加有成膜剂和偶联剂的混合溶剂中进行涂膜,即可实现耐磨防雾效果。本发明的纳米防雾剂制备方法简单,制备时间短,常温反应,且环保、无毒,可用于PET、PP等塑料材质的防护眼镜、防护面罩的防雾耐磨处理。(The invention discloses a long-acting wear-resistant nano antifogging agent and a preparation method and application thereof. When in use, the nano particles are dissolved in the mixed solvent with the film forming agent and the coupling agent for film coating, thus realizing the wear-resistant anti-fog effect. The nano antifogging agent disclosed by the invention is simple in preparation method, short in preparation time, capable of reacting at normal temperature, environment-friendly and nontoxic, and can be used for antifogging and wear-resistant treatment of protective glasses and protective masks made of plastic materials such as PET (polyethylene terephthalate) and PP (polypropylene).)
技术领域
本发明属于镜片表面改性技术领域，尤其是一种长效耐磨的纳米防雾剂及其制备方法和应用。
背景技术
光学镜片在人们生活、医疗卫生、工矿业、科学研究等领域都有不同的应用，如人们日常佩戴的眼镜、医用护目镜、防毒面罩、汽车车窗及后视镜、内窥镜、摄像头等。镜片在使用的过程中，其表面容易被刮花产生纹路，影响镜片使用寿命；而当镜片在雨雪天气、冬天或者水汽较重的环境使用时，镜片容易被雾气覆盖，从而造成视野模糊。
为了克服上述不足，有以下几种解决办法，可以采用机械式的如雨刷类结构解决雾气问题，或者采用喷防雾剂的方式，但更多的是在镜片表面喷涂亲水性的高分子防雾剂以达到目的，但亲水性的高分子防雾剂存在硬度低不耐磨，容易被侵蚀，使用寿命短等缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种长效耐磨的纳米防雾剂的制备方法，该方法的反应条件简单成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种长效耐磨的纳米防雾剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将碱金属氢氧化物与乙醇溶液超声混合完全得到透明溶液，其中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；
然后，在透明溶液中加入按碱金属氧化物和醋酸盐的摩尔比为1:1-4:1的量的醋酸盐在25-35℃条件下搅拌制备含有纳米金属氧化物的胶体溶液，醋酸盐为醋酸锌、醋酸铜中的一种，且该纳米金属氧化物的粒径不大于50nm；
再在含有纳米金属氧化物的胶体溶液中加入按四乙氧基硅烷和醋酸盐的摩尔比为1:1-4:1的量的四乙氧基硅烷，于25-35℃条件下，搅拌0.5-3h制得含有纳米二氧化硅包覆纳米金属氧化物的胶体混合液，滴加醋酸调节胶体混合液的pH为5.5-6.5，并搅拌均匀，最后减压蒸出乙醇即得到纳米二氧化硅外壳包覆纳米金属氧化物的核壳纳米粒子，使用时，将核壳纳米粒子溶于加有成膜剂和偶联剂的混合溶剂中后形成防雾剂，取防雾剂涂抹干燥后即可形成纳米防雾剂，然后将涂料涂于镜片上即可形成纳米防雾涂层。
进一步的，所述纳米金属氧化物的粒径d的范围为：1≤d≤20nm，该粒径d可以优选1-10，还可以优选10-20nm的，如1nm＜d＜10nm或10nm＜d＜20nm或d＝20nm。
进一步的，所述纳米二氧化硅包覆纳米金属氧化物的纳米粒子的粒径为10-30nm，该纳米粒子的中核直径为1-10nm，外壳厚为2-12nm。
进一步的，所述的成膜剂的为丙烯酸树脂、聚乙烯比咯烷酮、琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠中的至少一种。
进一步的，所述的偶联剂为甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。
进一步的，所述的成膜剂的混合溶剂为乙醇、异丙醇、水中的至少一种。
采用上述方案，本发明的纳米防雾剂制备方法简单，制备时间短，常温反应，且环保、无毒，可用于PET、PP等塑料材质的防护眼镜、防护面罩的防雾耐磨处理。
另一发明目的：本发明还提供了一种长效耐磨的纳米防雾剂，其特征在于：包括纳米粒子，该纳米粒子包括中核和包覆于中核表面的纳米二氧化硅外壳，中核为氧化锌或氧化铜中的一种，中核直径为1-10nm，纳米二氧化硅外壳厚度为2-12nm。
进一步的，还包括成膜剂、偶联剂、以及可同时溶解成膜剂和偶联剂的混合溶剂，成膜剂与偶联剂的配比为5:1～21：1。进一步的，所述混合溶剂为乙醇、异丙醇、水中的至少一种。
进一步的，所述成膜剂的为丙烯酸树脂、聚乙烯比咯烷酮、琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠中的至少一种，所述偶联剂为甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。
另一发明目的：本发明还提供了一种采用上述的方法制得的纳米防雾剂或采用上述的纳米防雾剂在制备光学镜片表面的防雾涂层的应用，其特征在于：防雾涂层的厚度为5nm-500um。优选的，20nm-200um。
采用上述方案，本发明的纳米防雾剂制成的涂层有以下优点：
1)提高材料的耐磨性能，进而增加材料本身的硬度和使用寿命；
2)提高透明材料的防雾性能；
3)制备方法简单，常温下即可实现。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施4样品的TEM。
具体实施方式
首先将碱金属氢氧化物与乙醇溶液超声混合完全得到透明溶液，然后，在透明溶液中加入醋酸盐在25-35℃条件下搅拌制备含有纳米金属氧化物的胶体溶液，再在含有纳米金属氧化物的胶体溶液中加入四乙氧基硅烷，于25-35℃条件下，搅拌0.5-3h制得含有纳米二氧化硅包覆纳米金属氧化物的胶体混合液，滴加醋酸调节胶体混合液的pH为5.5-6.5，并搅拌均匀，最后减压蒸出乙醇即得到纳米二氧化硅外壳包覆纳米金属氧化物的核壳纳米粒子。使用时，将上述3.8g纳米粒子加入含有丙烯酸树脂和甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯质量比为5:1～21：1的乙醇水溶液中，其中乙醇和水的质量比例为20:1，搅拌1h，即得纳米耐磨防雾剂，纳米耐磨防雾剂涂覆形成5nm-500um的涂层厚度，会有比较好的防雾耐磨效果。
本实施例用涂布器将纳米耐磨防雾剂涂于0.5mm厚PET片上，于70℃烘干后，放于80℃恒温水浴杯上，目测法观察不同时间后的防雾效果(见表2)。防雾剂烘干后形成的防雾涂层的厚度在5nm-500um都可以，涂层厚度若大于500um，则可能造成透光率降低，若涂层厚度小于上述范围，则起不到防雾效果且耐磨性差，但优选的，涂层厚度在20nm-200um之间，可以有非常好的防雾耐磨效果以及清晰度。本实施例中以涂抹形成的55nm厚的纳米耐磨防雾涂层为例进行测试其防雾效果以及耐磨性。
在PET塑料片上涂制出纳米耐磨防雾涂层，用铅笔硬度法评估耐刮擦性能(见表3)。
具体实施例配比按下表所示：
表1-不同实施例中物料配比表
表2不同时间后的防雾效果
注：OK表示PET片上无肉眼可见雾气产生，Fail表示有肉眼可见雾气产生。如图1所示，实施例4纳米粒径约15nm，其中核直径约3nm，壳厚约6nm。
表3铅笔硬度法测试样品的耐磨效果
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
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