室外用SiO2超亲水纳米涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室外用SiO2超亲水纳米涂层及其制备方法。涂层由覆于玻璃基片上的介孔酸膜连接颗粒碱膜组成；方法为先将配制的四硅酸乙酯乙醇溶液滴入氨水水溶液中，再将得到的碱催化反应前驱溶液搅拌并老化后，向得到的老化后的SiO2碱性溶胶中滴加硝酸水溶液，随后向其中依次加入水以及乙醇和四硅酸乙酯的混合液，接着，先将得到的含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液搅拌，再待得到的酸碱复合溶胶晾至室温后，向其中添加造孔剂并搅拌后老化，最后，先将玻璃基片于得到的镀膜用溶胶中进行浸渍提拉镀膜后晾干，再将得到的覆有涂层的玻璃基片退火，制得目的产物。它具有较高的室外耐候性，极易于广泛地商业化应用于防雾、自清洁、宽谱增透等领域。

【技术实现步骤摘要】
室外用SiO2超亲水纳米涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米涂层及制备方法，尤其是一种室外用SiO2超亲水纳米涂层及其制备方法。
技术介绍
SiO2表面由于存在着大量的亲水性羟基基团，从而表现出了自然的亲水性。人们为了使这种具有自然亲水性的SiO2获得超亲水性，在其表面结构的设计方面做出了不懈的努力，如题为“碱-酸两步催化法制备耐候性SiO2增透膜的研究”，《无机化学学报》，2011年，第27卷第5期第823-827页的文章。该文中提及的耐候性SiO2增透膜为致密线状酸膜连接颗粒碱膜的复合结构；制备方法采用将碱溶胶与酸溶胶复合后成膜的技术方案。这种增透膜虽具有一定的粗糙度和耐磨性，却和其制备方法都存在着不足之处，首先，增透膜与水的接触角较大——达到了11.3°；其次，制备方法不能获得与水的接触角较小且室外亲水性持久的产物。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足，提供一种与水的接触角较小、耐候性好的室外用SiO2超亲水纳米涂层。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种上述室外用SiO2超亲水纳米涂层的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为，室外用SiO2超亲水纳米涂层由覆于玻璃基片上的涂层组成，特别是：所述涂层的厚度为100-300nm，其由介孔酸膜连接颗粒碱膜组成；所述介孔酸膜中的介孔的孔直径为1-2nm；所述颗粒碱膜中的颗粒的粒径为10-40nm。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为，上述室外用SiO2超亲水纳米涂层的制备方法包括溶胶凝胶法，特别是主要步骤如下：步骤1，先分别按照四硅酸乙酯(TEOS)和乙醇的摩尔比为1：18-22的比例配制四硅酸乙酯乙醇溶液、水和氨水(NH3·H2O)的摩尔比为5：0.3-0.5的比例配制氨水水溶液，再按照四硅酸乙酯乙醇溶液中的四硅酸乙酯与氨水水溶液中的水的摩尔比为1：5的比例，将四硅酸乙酯乙醇溶液逐滴滴入氨水水溶液中，得到碱催化反应前驱溶液；步骤2，先将碱催化反应前驱溶液置于25-35℃下搅拌6-8h，得到SiO2碱性溶胶后老化3-7d，再向老化后的SiO2碱性溶胶中滴加浓度≥66％的硝酸水溶液，使其pH值为1-2后，向其中依次加入水以及乙醇和四硅酸乙酯的混合液，其中的水、乙醇和四硅酸乙酯的摩尔比为3-5：6-8：1，得到含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液，其中，酸催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯与碱催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯的摩尔比为1:0.8-1；步骤3，先将含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液置于50-70℃下搅拌2-3h，得到酸碱复合溶胶，再待酸碱复合溶胶晾至室温后，向其中添加酸催化反应前驱溶液的1-2wt％的造孔剂并搅拌至少1h后老化至少2d，得到镀膜用溶胶；步骤4，先将玻璃基片于镀膜用溶胶中进行浸渍提拉镀膜后晾干，得到覆有涂层的玻璃基片，再将覆有涂层的玻璃基片置于680-720℃下退火2-4min，制得室外用SiO2超亲水纳米涂层。作为室外用SiO2超亲水纳米涂层的制备方法的进一步改进：优选地，于浸渍提拉镀膜之前，将玻璃基片依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min后干燥。优选地，对碱催化反应前驱溶液的搅拌速率为500r/min。优选地，对含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液的搅拌速率为750r/min。优选地，造孔剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，或十二烷基苯磺酸钠(DBS)，或聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)。优选地，浸渍提拉镀膜时玻璃基片的下降速度为90-110mm/min、浸渍时间为2-5min、提升速度为50-100mm/min。相对于现有技术的有益效果是：其一，对制得的目的产物分别使用扫描电镜和接触角测量仪进行表征，由其结果并结合制备方法可知，目的产物由覆于玻璃基片上的涂层组成；其中，涂层的厚度为100-300nm，其由介孔酸膜连接颗粒碱膜组成，其中的介孔酸膜中的介孔的孔直径为1-2nm，颗粒碱膜中的颗粒的粒径为10-40nm。这种由介孔酸膜连接颗粒碱膜组装成的覆于玻璃基片上的涂层构成的目的产物，既由于二氧化硅的亲水特质，又因酸膜的耐磨性好，还由于碱膜的粗糙度高，更因酸膜为介孔酸膜——在不影响耐磨性的情况下进一步地提高了涂层的粗糙度，而使目的产物的亲水性和耐候性均得到了极大的提升——经实测：制备出的目的产物与水的接触角为0°，于室外放置一个月后，其接触角仍小于10°。其二，制备方法科学、有效。不仅制得了与水的接触角较小、耐候性好的目的产物：室外用SiO2超亲水纳米涂层，还使其中的涂层因具有更高的粗糙度而具备了室外持久超亲水的性能，更有着制备过程涉及的溶胶凝胶、提拉镀膜和高温退火的步骤均为相对简单而成熟的技术工艺，而使目的产物极易于广泛地商业化应用于防雾、自清洁、宽谱增透等领域。附图说明图1是对制备方法制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物上的涂层由介孔连接颗粒组成。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。首先从市场购得或自行制得：四硅酸乙酯；乙醇；水；氨水；浓度≥66％的硝酸水溶液；作为造孔剂的十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；玻璃基片，并于浸渍提拉镀膜之前，将玻璃基片依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗15min后干燥。接着：实施例1制备的具体步骤为：步骤1，先分别按照四硅酸乙酯和乙醇的摩尔比为1：18的比例配制四硅酸乙酯乙醇溶液、水和氨水的摩尔比为5：0.5的比例配制氨水水溶液。再按照四硅酸乙酯乙醇溶液中的四硅酸乙酯与氨水水溶液中的水的摩尔比为1：5的比例，将四硅酸乙酯乙醇溶液逐滴滴入氨水水溶液中，得到碱催化反应前驱溶液。步骤2，先将碱催化反应前驱溶液置于25℃下搅拌8h；其中，搅拌速率为500r/min，得到SiO2碱性溶胶后老化3d。再向老化后的SiO2碱性溶胶中滴加浓度≥66％的硝酸水溶液，使其pH值为1后，向其中依次加入水以及乙醇和四硅酸乙酯的混合液，其中的水、乙醇和四硅酸乙酯的摩尔比为3：8：1，得到含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液，其中，酸催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯与碱催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯的摩尔比为1:0.8。步骤3，先将含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液置于50℃下搅拌3h；其中，搅拌速率为750r/min，得到酸碱复合溶胶。再待酸碱复合溶胶晾至室温后，向其中添加酸催化反应前驱溶液的1wt％的造孔剂并搅拌1h后老化4d；其中，造孔剂为十六烷基三甲基溴化铵，得到镀膜用溶胶。步骤4，先将经清洗干燥的玻璃基片于镀膜用溶胶中进行浸渍提拉镀膜后晾干；其中，浸渍提拉镀膜时玻璃基片的下降速度为90mm/min、浸渍时间为2min、提升速度为50mm/min，得到覆有涂层的玻璃基片。再将覆有涂层的玻璃基片置于680℃下退火4min，制得近似于图1所示的室外用SiO2超亲水纳米涂层。实施例2制备的具体步骤为：步骤1，先分别按照四硅酸乙酯和乙醇的摩尔比为1：19的比例配制四硅酸乙酯乙醇溶液、水和氨水的摩尔比为5：0.45的比例配制氨水水溶液。再按照四硅酸乙酯乙醇溶液中的四硅酸乙酯与氨水水溶液中的水的摩尔比为1：5的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室外用SiO2超亲水纳米涂层，由覆于玻璃基片上的涂层组成，其特征在于：所述涂层的厚度为100‑300nm，其由介孔酸膜连接颗粒碱膜组成；所述介孔酸膜中的介孔的孔直径为1‑2nm；所述颗粒碱膜中的颗粒的粒径为10‑40nm。

【技术特征摘要】
1.一种室外用SiO2超亲水纳米涂层，由覆于玻璃基片上的涂层组成，其特征在于：所述涂层的厚度为100-300nm，其由介孔酸膜连接颗粒碱膜组成；所述介孔酸膜中的介孔的孔直径为1-2nm；所述颗粒碱膜中的颗粒的粒径为10-40nm。2.一种权利要求1所述室外用SiO2超亲水纳米涂层的制备方法，包括溶胶凝胶法，其特征在于主要步骤如下：步骤1，先分别按照四硅酸乙酯和乙醇的摩尔比为1：18-22的比例配制四硅酸乙酯乙醇溶液、水和氨水的摩尔比为5：0.3-0.5的比例配制氨水水溶液，再按照四硅酸乙酯乙醇溶液中的四硅酸乙酯与氨水水溶液中的水的摩尔比为1：5的比例，将四硅酸乙酯乙醇溶液逐滴滴入氨水水溶液中，得到碱催化反应前驱溶液；步骤2，先将碱催化反应前驱溶液置于25-35℃下搅拌6-8h，得到SiO2碱性溶胶后老化3-7d，再向老化后的SiO2碱性溶胶中滴加浓度≥66％的硝酸水溶液，使其pH值为1-2后，向其中依次加入水以及乙醇和四硅酸乙酯的混合液，其中的水、乙醇和四硅酸乙酯的摩尔比为3-5：6-8：1，得到含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液，其中，酸催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯与碱催化反应前驱溶液中的四硅酸乙酯的摩尔比为1:0.8-1；步骤3，先将含有碱颗粒溶胶的酸催化反应前驱溶液置于50-70℃下搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：许少辉，费广涛，王彪，张敏，倪志龙，
申请(专利权)人：上海西源新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31