一种疏水自清洁玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种疏水自清洁玻璃，其包括玻璃和与该玻璃的至少一个表面密切接触的含氟高分子疏水镀层，该疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，其特征在于，单体组合物包含单体A和单体B，单体A为聚合性含氟单体，单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种，单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1。该疏水自清洁玻璃，与现有自清洁玻璃相比，具有如下特点：表面镀层平整，镀层表面与水滴接触角在115°～125°之间，水滴在镀层表面的滚动角在40°以下。

A hydrophobic self-cleaning glass and its preparation method

The invention relates to a hydrophobic self-cleaning glass, which comprises a glass and a fluorinated polymer hydrophobic coating closely contacted with at least one surface of the glass. The hydrophobic coating is obtained by the copolymerization of monomer composition on the surface of the glass. The characteristics of the hydrophobic coating are as follows: monomer composition contains monomer A and monomer B, monomer A is a polymeric fluorinated monomer, and monomer B is a vinyl containing two or more vinyl double bonds. Hydrocarbon monomers, olefin monomers containing ethylene double bond and epoxy group, and one or more olefin monomers containing ethylene double bond and isocyanate group, the molar ratio of monomer A to monomer B is 1:10-10:1. Compared with the existing self-cleaning glass, the hydrophobic self-cleaning glass has the following characteristics: the surface coating is flat, the contact angle between the coating surface and water droplets is between 115 and 125 and the rolling angle of water droplets on the coating surface is below 40.

【技术实现步骤摘要】
一种疏水自清洁玻璃及其制备方法
本专利技术属于自清洁材料领域，特别涉及一种疏水自清洁玻璃及其制备方法。
技术介绍
玻璃表面的水湿性是非常重要的表面性质之一。在很多的实际应用中控制表面的水湿性都至关重要。玻璃表面的水湿性体现在水滴和该平坦表面的接触角。疏水表面在自然界中很常见，如植物的叶子、水黾的脚、蜘蛛的丝、蝴蝶的翅膀等。水在这些表面上形成接触角超过150°的小液珠，若表面略微倾斜就会迅速滚落。表面污染物如灰尘等可以被滚落的水滴带走而不留下任何痕迹，这种表面自清洁效应，称为“荷叶效应”。目前制备疏水表面的方法和途径主要有：化学刻蚀法、相分离法、电极沉积法、模板法、溶胶-凝胶法、等离子处理和自组装等，但是这些技术普遍存在步骤繁琐等缺陷，而且许多方法涉及到特殊的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以实现大面积疏水涂层的制备，在一定程度上限制了其实际应用。理论研究已表明在平表面上，通过降低表面自由能最多只能将接触角提高至120°左右。要制备超疏水表面，需要在基材表面构筑合适的、具有双(多)重微纳复合粗糙度的层次结构。然而在玻璃表面构建微纳复合结构，虽可获得超疏水表界面，但是容易产生以下三大问题：(1)疏水薄膜的耐磨性较差，使用过程中的磨损极容易导致自清洁玻璃的疏水性降低；(2)超疏水薄膜的表面微纳米结构，由于其凹凸结构，一旦被污染之后，极难清洁；(3)微纳复合结构必然增加光线在薄膜内传播过程中的散射，因此，一方面，薄膜疏水性由于表面粗糙度的增加而增强；另一方面，薄膜的透明性却随粗糙度的增加而降低。以上因素使得疏水性自清洁玻璃一直没有产业化。申请人的研究目的，旨在在不需要构建微纳复合材料结构的情况下，使得玻璃表面的水接触角达到120°左右(理论最高值)，再通过降低水滴在镀层表面的滚动角，达到疏水、自清洁效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本、疏水自清洁玻璃及其制备方法。本专利技术人等经过深入的研究，发现使聚合性含氟单体和含有乙烯性双键和交联性共聚烯烃类单体在玻璃表面共聚，可提高水接触角，并极大降低滚动角，达到疏水、自清洁效果。即，本专利技术涉及一种疏水自清洁玻璃，其包括玻璃和与该玻璃的至少一个表面密切接触的含氟高分子疏水镀层，该疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，其特征在于，单体组合物包含单体A和单体B，单体A为聚合性含氟单体，单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种，单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1。本专利技术的疏水自清洁玻璃，与现有自清洁玻璃相比，具有如下特点：表面镀层平整，镀层表面与水滴接触角在115°～125°之间，水滴在镀层表面的滚动角在40°以下。附图说明图1为实施例1得到的疏水自清洁玻璃的接触角。具体实施方式下面，对本专利技术进行详细说明。本专利技术涉及一种疏水自清洁玻璃，其包括玻璃和与该玻璃的至少一个表面密切接触的含氟高分子疏水镀层，该疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，其特征在于，单体组合物包含单体A和单体B，单体A为聚合性含氟单体，单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种，单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1。所述疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，单体组合物包含单体A和单体B。单体A为聚合性含氟单体，并无特别限定，通常为含乙烯性双键的聚合性含氟单体，常用的聚合性含氟单体的结构式为CH2＝C(R1)-R2-R3或CH2＝C(R1)-R3，其中R1为-H或-CH3，R2为苯基或酯基或磺酰胺酯类基团，R3为含氟基团，R3的结构式为-(CH2)x-(CF2)y-CF3或-(CH2)x-(CF2)y-CF2H，其中x＝0～2，y＝3～7。单体A可以选择以下列举单体中的一种或多种，具体可以列举：1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯、1H，1H-全氟辛基丙烯酸酯、1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯、1H，1H，2H，2H-全氟辛基甲基丙烯酸酯、丙烯酸(N-甲基-全氟己烷-1-磺酰胺)乙酯、甲基丙烯酸(N-甲基-全氟己烷-1-磺酰胺)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟-3-甲基丁基)乙酯、丙烯酸2-[[[[2-(全氟己基)乙基]磺酰基]甲基]-氨基]乙基酯、丙烯酸2-[[[[2-(全氟辛基)乙基]磺酰基]甲基]-氨基]乙基酯，优选1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯、1H，1H-全氟辛基丙烯酸酯、1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯和1H，1H，2H，2H-全氟辛基甲基丙烯酸酯，从环境友好角度考虑，更优选1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯。单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种。含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体，具体可以列举，二乙烯基苯、肉桂酸乙烯酯、二丙烯酸乙二醇酯及其多(甲基)丙烯酸多醇酯类似衍生物、二(乙二醇)二乙烯基醚及多醇多乙烯基醚类似衍生物、六乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基四硅氧烷以及其多乙烯基多硅氧烷(氮)烷类及其环状类似物。含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体，具体可以列举，烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯及其类似衍生物。含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体，具体可以列举，甲基丙烯酸异氰酸乙酯及其类似衍生物。单体B中，若含有两个以上乙烯性双键的单体，两个乙烯性双键可以是共轭双键、也可以孤立双键，从反应性的角度来考虑，进一步优选孤立双键。从反应形成交联位点可提高镀层的机械性能角度考虑，单体B优选含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体和含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或两种，从活性基团的反应活性角度考虑，单体B进一步优选含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体。单体组合物中单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1，从减小动态水接触角且不牺牲静态水接触角的角度出发，进一步优选摩尔比例为1∶5～5∶1。单体A和单体B的摩尔比例在此范围内，有助于构建一个稳定的交联网络来固定镀层中的含氟支链。若选择的单体B中，同时含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体和含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体，作为优选，单体组合物还可以含有单体C，单体C为乙烯性双键和氨基的烯烃类单体中的一种或多种，具体可以列举对氨基苯乙烯、烯丙基胺。若选择的单体B仅为乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体时，作为优选，单体组合物还可以含有单体C，单体C为乙烯性双键和氨基的烯烃类单体、乙烯性双键和羟基的烯烃类单体、以及乙烯性双键和羧基的烯烃类单体中的一种或多种，可以列举对氨基苯乙烯、烯丙基胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸。考虑到基团反应性和交联网络的构建效率，单体C进一步优选乙烯性双键和氨基的烯烃类单体。关于单体C的添加量，并无特别限定，通常单体B和单体C的摩尔比为1∶0.1～1∶1。单体C的添加量在此范围内，有助于构建高稳定性的交联网络来固定含氟支链，使得镀层表面滚动角的进一步降低。单体组合物共聚的共聚方式，并无特别限定，可以采用液相聚合或气相聚合，只要能使单体组合物在玻璃表面形成所述镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏水自清洁玻璃，其包括玻璃和与该玻璃的至少一个表面密切接触的含氟高分子疏水镀层，该疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，其特征在于，单体组合物包含单体A和单体B，单体A为聚合性含氟单体，单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种，单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1。

【技术特征摘要】
1.一种疏水自清洁玻璃，其包括玻璃和与该玻璃的至少一个表面密切接触的含氟高分子疏水镀层，该疏水镀层由单体组合物在玻璃表面共聚得到，其特征在于，单体组合物包含单体A和单体B，单体A为聚合性含氟单体，单体B为含有两个及以上乙烯性双键的烯烃类单体、含有乙烯性双键和环氧基的烯烃类单体、以及含有乙烯性双键和异氰酸酯基的烯烃类单体中的一种或多种，单体A和单体B的摩尔比例为1∶10～10∶1。2.权利要求1所述的疏水自清洁玻璃，其中，单体A的结构式为CH2＝C(R1)-R2-R3或CH2＝C(R1)-R3，其中R1为-H或-CH3，R2为苯基或酯基或磺酰胺酯类基团，R3为含氟基团，R3的结构式为-(CH2)x-(CF2)y-CF3或-(CH2)x-(CF2)y-CF2H，其中x＝0～2，y＝3～7。3.权利要求2所述的疏水自清洁玻璃，其中，单体A为1H，1H，2H，2H-全氟癸基丙烯酸酯、1H，1H-全氟辛基丙烯酸酯、1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶羽敏，盛伟杰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33