在玻璃基板上构造超亲水的增透复合涂层的方法技术

本发明专利技术涉及在玻璃基板上构造超亲水的增透复合涂层的方法，及由该方法得到的超亲水的增透复合涂层。本发明专利技术是将玻璃基板浸入到含有二氧化硅粒子的溶胶液中，采用提拉法并通过煅烧去除有机物，将表面有二氧化硅涂层的玻璃基板再浸入到二氧化钛的前驱体溶胶液中，再采用提拉法在表面有二氧化硅涂层的玻璃基板上制备出二氧化钛涂层，通过煅烧使二氧化钛形成锐钛矿晶型，最终在玻璃基板上构造出具有高强、长效超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层。表面有高强、长效超亲水的增透复合涂层的玻璃基板的透光率由空白玻璃的91.2%提高到96.9%，水在其表面的接触角为0～1°；该玻璃基板在室内放置75天，水在其表面的接触角保持在5°以下。

【技术实现步骤摘要】
在玻璃基板上构造超亲水的增透复合涂层的方法
本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及在玻璃基板上构造高强、长效超亲水的增透复合涂层的方法，以及由该方法得到的高强、长效超亲水的增透复合涂层。
技术介绍
从20世纪50年代起，玻璃幕墙就备受业主和建筑师青睐，在一定程度上代替了传统的粘土砖砌体作为高层建筑的外围护墙结构。玻璃幕墙将防风、防雨、保温、隔热、防噪音、抗空气渗透以及装饰功能集于一身。但是，随着经济日益繁荣和发展，环境污染问题日益严重，已成为—个直接威胁人类生存而亟待解决的焦点问题。环境污染加剧了玻璃窗面、汽车玻璃等的污浊速度，研究表明，玻璃的透光率减低10％人们就会明显地感到不清洁不舒服。由于对玻璃窗体进行清洁维护的过程，需要花费大量的人力和物力，而且消耗了大量的水资源，令人烦恼的玻璃清洁问题日益严重，随着人们对生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，具有自清洁功能的表面得到了广泛的重视和迅速的发展。自清洁，是指玻璃本身自动保持洁净和持久的光透过率的一种状态。具有以下两种功能可被称之具有自清洁性能：其一，表面在自然条件下，即在阳光、雨水和空气共存的环境下具有超亲水性或超疏水性，使之在雨水或自来水的冲刷下，可轻易带走表面的灰尘；其二，表面在自然光照射下，具有光催化降解能力，即可以分解吸附在玻璃表面的有机化合物如油污等。自清洁玻璃的超亲水性是指使水滴可在玻璃表面迅速扩散形成膜状，与玻璃表面的接触角很小，即在0.5s内铺展到接触角小于5°。自清洁玻璃的光催化降解能力是指在紫外线或可见光的光照条件下，玻璃表面产生光生电子一空穴对，使吸附在玻璃表面的水由于空穴的诱导作用生成羟基自由基，这些羟基自由基分解吸附在玻璃表面的有机化合物，使沉积在玻璃表面的有机物分解，然后挥发或被变成易被水冲走的产物，以保持玻璃表面的清洁。近年来，由于半导体催化具有高光化学转换效率、高稳定性及对各类有机污染物进行全谱深度氧化的高包容性，特别是它可直接利用太阳能进行光化学转换的独特优势，将其应用于环境污染的治理受到了科学家的高度重视。其中TiO2拥有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本及无毒等特点而成为最具应用潜力的光催化剂之一。研究发现，TiO2及其复合薄膜不但具有在紫外光照射下分解有机物的能力，同还具有亲水亲油双亲特性。基于SiO2/TiO2的复合薄膜就是其中一类重要的超亲水的自清洁表面。由于SiO2/TiO2的复合薄膜独特的光学和润湿性能，在现实中具有广泛的应用，如应用于建筑物窗玻璃、运输工具窗玻璃、挡风玻璃、后视镜等，使这些玻璃长久的保持清洁透明。另外当潮湿空气遇冷时，水滴在表面有SiO2/TiO2的复合薄膜的玻璃表面会形成均匀的水膜，使玻璃维持高度的透明性，这给车辆的安全行驶及工作效率的提高带来了极大的便利。SiO2/TiO2的复合薄膜的这种防雾功能，使其亦可以应用于建筑材料、汽车玻璃、眼镜玻璃和光学镜头等，具有很大的市场潜力，体现了SiO2/TiO2的复合薄膜的自清洁特性，具有广阔的应用前景。虽然增透的自清洁玻璃具有良好的应用前景，但是目前的制备方法都存在着一定的缺陷，对超亲水性能的长效性研究报道较少。本专利技术采用溶胶凝胶法制备前驱体溶胶液，采用提拉法制备SiO2/TiO2复合涂层，该方法简单、制造成本低廉，制备出的增透层的机械性能良好，同时超亲水自清洁性能能够保持较长时间，特别适于户外应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供在玻璃基板上构造高强、长效超亲水的增透复合涂层的方法，以及由该方法得到的高强、长效超亲水的增透复合涂层。本专利技术以四乙氧基硅烷、无水乙醇、水、浓盐酸和十六烷基三甲基溴化铵为原料，在浓盐酸催化条件下制备含有二氧化硅粒子的溶胶液，采用简单的提拉法并通过煅烧去除有机物，在玻璃基板上制备出一层二氧化硅涂层；以四正丁醇钛、曲拉通、环己烷和乙酰丙酮为原料制备二氧化钛的前驱体溶胶液，再次采用提拉法在表面有二氧化硅涂层的玻璃基板上制备出一层二氧化钛涂层，并通过煅烧使二氧化钛形成锐钛矿晶型，最终玻璃基板上构造出高强、长效超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层。本专利技术的在玻璃基板上构造高强、长效超亲水的增透复合涂层的方法包括以下步骤：(1)制备含有二氧化硅粒子的溶胶液：将22.3mL的四乙氧基硅烷、22.3mL的无水乙醇、1.8mL的水和5×10-4～5×10-2mL的浓盐酸（质量分数为37%）混合在容器（如双颈瓶）中，于温度为30～90℃下进行搅拌（一般搅拌的时间为90分钟）得到混合液；然后向室温的混合液中加入5～10mL的浓盐酸（质量分数为37%）、0.4mL的水和46.6mL的乙醇，于室温下搅拌（一般搅拌的时间为15分钟）后，在温度为50℃下进行老化（优选老化的时间为3小时）；向老化后的溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，使十六烷基三甲基溴化铵在老化后的溶液中的质量分数为1～5%，于室温下搅拌（一般搅拌的时间为1小时），制备得到含有二氧化硅粒子的溶胶液，以用于制备涂层；(2)制备二氧化钛的前驱体溶胶液：将26g的曲拉通和150mL的环己烷混合在容器中，室温下搅拌；然后逐滴向容器中加入23ml的四正丁醇钛，于室温下继续搅拌后，加入10mL的乙酰丙酮并搅拌，制备得到稳定的二氧化钛的前驱体溶胶液；用环己烷稀释该二氧化钛的前驱体溶胶液，稀释后的二氧化钛的前驱体溶胶液中的四正丁醇钛体积分数为1%～5%；(3)涂层的制备：将清洗干净的玻璃基板浸入到步骤（1）得到的含有二氧化硅粒子的溶胶液中（优选浸入的时间为30秒～120秒），取出玻璃基板后于空气中进行干燥，然后将玻璃基板置于温度为600～800℃的马弗炉中进行煅烧60～150秒，在玻璃基板上得到一层超亲水的增透二氧化硅涂层；将煅烧后得到的表面有一层超亲水的增透二氧化硅涂层的玻璃基板浸入到步骤（2）用环己烷稀释后得到的二氧化钛的前驱体溶胶液中（优选浸入的时间为1～60秒），取出玻璃基板后于空气中进行干燥，然后置于温度为450～550℃的马弗炉中进行煅烧3小时，在玻璃基板上构造出高强、长效超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层。所述的超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层中的二氧化钛为锐钛矿晶型。所述的含有二氧化硅粒子的溶胶液中的二氧化硅粒子的粒径为3～5纳米。所述的清洗干净的玻璃基板，其清洗的方法可是将玻璃基板进行超声水洗（一般为10～30分钟）后用惰性气体（如氮气）吹干，再通过氧等离子体清洗（所述的氧气等离子体清洗的时间一般为5～10分钟，清洗用的电压为600V左右，氧气的流量为800～1000mL/min）。本专利技术在玻璃基板上构造出的高强、长效超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层具有增透性能，表面有超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层的玻璃基板的透光率由空白玻璃的91.2%提高到96.9%。本专利技术在玻璃基板上构造出的高强、长效超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层具有超亲水性，水在表面有超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层的玻璃基板的表面的接触角为0～1°。这种超亲水性能具有长效性，表面有超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层的玻璃基板在室内放置75天后，水在其表面的接触角保持在5°以下，该超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层表面的超亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在玻璃基板上构造超亲水的增透复合涂层的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：(1)制备含有二氧化硅粒子的溶胶液：将22.3mL的四乙氧基硅烷、22.3mL的无水乙醇、1.8mL的水和5×10‑4～5×10‑2mL的浓盐酸混合在容器中，于温度为30～90℃下进行搅拌得到混合液；然后向室温的混合液中加入5～10mL的浓盐酸、0.4mL的水和46.6mL的乙醇，于室温下搅拌后，在温度为50℃下进行老化；向老化后的溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，使十六烷基三甲基溴化铵在老化后的溶液中的质量分数为1～5%，于室温下搅拌，制备得到含有二氧化硅粒子的溶胶液；(2)制备二氧化钛的前驱体溶胶液：将26g的曲拉通和150mL的环己烷混合在容器中，室温下搅拌；然后逐滴向容器中加入23ml的四正丁醇钛，于室温下继续搅拌后，加入10mL的乙酰丙酮并搅拌，制备得到二氧化钛的前驱体溶胶液；用环己烷稀释该二氧化钛的前驱体溶胶液，稀释后的二氧化钛的前驱体溶胶液中的四正丁醇钛的体积分数为1%～5%；(3)涂层的制备：将清洗干净的玻璃基板浸入到步骤（1）得到的含有二氧化硅粒子的溶胶液中，取出玻璃基板后于空气中进行干燥，然后将玻璃基板置于温度为600～800℃的马弗炉中进行煅烧60～150秒，在玻璃基板上得到一层超亲水的增透二氧化硅涂层；将煅烧后得到的表面有一层超亲水的增透二氧化硅涂层的玻璃基板浸入到步骤（2）用环己烷稀释后得到的二氧化钛的前驱体溶胶液中，取出玻璃基板后于空气中进行干燥，然后置于温度为450～550℃的马弗炉中进行煅烧3小时，在玻璃基板上构造出超亲水的增透二氧化硅/二氧化钛复合涂层。...

【技术特征摘要】
1.一种在玻璃基板上构造超亲水的增透复合涂层的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：(1)制备含有二氧化硅粒子的溶胶液：将22.3mL的四乙氧基硅烷、22.3mL的无水乙醇、1.8mL的水和5×10-4～5×10-2mL的浓盐酸混合在容器中，于温度为30～90℃下进行搅拌得到混合液；然后向室温的混合液中加入5～10mL的浓盐酸、0.4mL的水和46.6mL的乙醇，于室温下搅拌后，在温度为50℃下进行老化；向老化后的溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，使十六烷基三甲基溴化铵在老化后的溶液中的质量分数为1～5％，于室温下搅拌，制备得到含有二氧化硅粒子的溶胶液；(2)制备二氧化钛的前驱体溶胶液：将26g的曲拉通和150mL的环己烷混合在容器中，室温下搅拌；然后逐滴向容器中加入23ml的四正丁醇钛，于室温下继续搅拌后，加入10mL的乙酰丙酮并搅拌，制备得到二氧化钛的前驱体溶胶液；用环己烷稀释该二氧化钛的前驱体溶胶液，稀释后的二氧化钛的前驱体溶胶液中的四正丁醇钛的体积分数为1％～5％；(3)涂层的制备：将清洗干净的玻璃基板浸入到步骤(1)得到的含有二氧化硅粒子的溶胶液中，取出玻璃基板后于空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，姚琳，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11