一种疏水SiO2纳米混合液、功能涂层及制备制造技术

本发明专利技术涉及一种疏水SiO2纳米混合液、功能涂层及制备，疏水SiO2纳米混合液由有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液和纳米SiO2酸性溶胶复合而成；疏水SiO2纳米粒子悬液中疏水SiO2纳米粒子的平均粒径为10nm，粒子表面修饰疏水的有机氟官能团；纳米SiO2酸性溶胶具有链状纳米SiO2，且纳米SiO2酸性溶胶的缩合度为70‑90％。利用本发明专利技术的SiO2纳米混合液在玻璃表面制备的功能涂层具有良好的减反增透(透光率大于96％)和超疏水(接触角大于150度)性能，能实现超疏水自清洁、防雾、防油污等性能；涂层具有良好的机械耐磨性，与基底结合牢固，使用不受限制，能长期在户外发挥作用，适用范围广。

Hydrophobic SiO2 nano mixture, functional coating and preparation

【技术实现步骤摘要】
一种疏水SiO2纳米混合液、功能涂层及制备
本专利技术涉及纳米材料
，特别涉及一种疏水SiO2纳米混合液、功能涂层及制备。
技术介绍
多功能玻璃是具有减反增透、自清洁性能、较高机械强度和良好耐候性等多种功能的玻璃。由于其优越的复合性能，可广泛用于生活、工业、航天业等多个领域，特别是用于高楼大夏的玻璃外墙以及需要长期户外工作的太阳能电池。随着科技的发展，研发具有高机械强度多功能玻璃的需求非常迫切，并要求多功能玻璃的制备方法具有简单，原料易得，成本低廉，规模可控可工业化的特点。减反射涂层又称增透涂层，是指在镜片表面镀上一层折射率介于空气与玻璃之间的薄膜。减反射涂层能够大大减少甚至消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面对光的反射，增加对光的透射，减少或消除系统的杂散光，大大提高这些元件的性能。减反射涂层能够用于需长期户外工作的太阳能电池，有效提高电池的转化效率；能够用于汽车玻璃，避免夜间驾车时对面车辆所开车前灯导致的明显炫光，减少危险；能够用于高楼的玻璃外墙，解决光污染等问题。减反射涂层能够改善基体的力学性能、电学性能、光学性能及其他物理化学性能，因此广泛应用于日常生活、工业、天文学、军事学、电子等领域，具有广阔的市场前景。自清洁玻璃(Self-cleaningglass)是普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，使其表面产生独特的物理化学特性，从而使玻璃无需通过传统的人工擦洗方法即可达到清洁效果的玻璃。自清洁玻璃从制备方法上主要分为超亲水自清洁玻璃和超疏水自清洁玻璃，其制备方法通常是在玻璃制品表面涂覆一层无机材料涂层，在该无机材料涂层为超疏水性物质时，既能够通过水滴与玻璃接触角大于150度，水滴无法在玻璃上停留而带走灰尘实现自清洁功能，同时还能够防止小水滴形成以达到防雾防结冰效果。超疏水涂层表面的构建一方面可通过化学法改变其表面化学，有效降低表面能；另一方面可通过几何方法增加表面粗糙度。微纳结构与粗糙度是形成超疏水的必要条件。基于超疏水涂层表面的微纳结构形成的粗糙度和低表面能物质，超疏水涂层最大的特点就是具有“不沾”的特性，能够自清洁、防水、防潮、防腐蚀、防污等。如果超疏水涂层的制备原料使用了含氟化合物还可以使材料具有良好的疏油性。由于其自身的实用性，因而广泛应用在建筑玻璃、汽车和高压电线、卫星电线、飞机挡风玻璃、轮船潜艇等各领域，在科学研究，军事应用和民用生产等诸多领域都拥有极其广阔的发展前景。现有技术通常是在玻璃上涂覆一层无机材料，类似于荷叶效应，其对水的滚动角小，能使微小水滴聚集成大水珠。在玻璃表面涂覆含超疏水性物质的无机材料涂层所得到的超疏水自清洁玻璃的超疏水性效果明显，但超疏水性，透光率以及牢固性往往是矛盾的。往往透光率好的超疏水玻璃耐久性不理想，无法保证玻璃产品作为耐用消费品的长期使用而具有长期的自清洁寿命，从而无法保证真正意义上的自清洁效果。另外为了保证牢固性往往会采用高温锻烧的方法；或是玻璃上涂覆两层涂层，底层涂层用于提高涂层的牢固性。这些方法往往耗时耗力，增加成本。总的来说，目前这些技术的自清洁、防雾效果、耐久性以及便利性还不理想。因此研究开发步骤简单、耐磨性和透光率好且成本低的新型超疏水自清洁玻璃是十分必要和有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种疏水SiO2纳米混合液、功能涂层及制备。利用该SiO2纳米混合液所制备的疏水SiO2纳米功能涂层(简称涂层)具有良好的减反增透、超疏水及防雾、防结冰、防油污的多功能性质，同时涂层与基底之间的牢固性较好，从而具有良好的机械耐磨性及耐候性，使用不受限制，能够长期在户外发挥作用，适用范围广泛。本专利技术的第一方面提供一种疏水的SiO2纳米混合液，由疏水纳米粒子悬液和纳米SiO2酸性溶胶复合而成；其中：优选的，所述疏水SiO2纳米粒子悬液中疏水SiO2纳米粒子的平均粒径为10nm；所述纳米SiO2酸性溶胶具有链状纳米SiO2，优选的，所述纳米SiO2酸性溶胶的缩合度为80％。在本专利技术中，疏水SiO2纳米粒子悬液指的是由有机氟官能团所修饰的SiO2纳米粒子和溶剂形成的混合液；更具体地，疏水SiO2纳米粒子分散在溶剂中，从而形成悬液。溶剂优选为乙醇。此外，对疏水SiO2纳米粒子悬液的形成方式不作严格限制，可以将疏水SiO2纳米粒子直接分散在溶剂中形成该悬液，也可以通过将含有溶剂、碱液和四乙氧基硅烷以及氟硅烷的原料进行反应来制备该悬液。对SiO2纳米粒子的疏水化方式同样不做严格限制，可以在SiO2纳米粒子合成后随即加入氟硅烷继续反应24小时，也可以在SiO2纳米粒子合成后，在需要时再加入氟硅烷反应使其疏水化。在本专利技术中，纳米SiO2酸性溶胶指的是在酸性催化条件下制备的纳米SiO2溶胶；更具体地，通过在酸性催化条件下对四乙氧基硅烷进行缩合聚合反应(简称缩聚)，形成非粒子状的链状纳米SiO2物种，进而构成所述纳米SiO2酸性溶胶。其中，缩合度指的是纳米SiO2酸性溶胶中缩合单体(即四乙氧基硅烷)的反应程度；所述纳米SiO2酸性溶胶的缩合度为75-85％，即指四乙氧基硅烷中75-85％的烷氧基发生缩聚，从而使纳米SiO2酸性溶胶具有15-25％的残留烷氧基。本专利技术对疏水SiO2纳米粒子悬液与纳米SiO2酸性溶胶的复合形式不作严格限制；例如可以通过混合、静置等方式形成所述复合；特别是，混合时间为3-10分钟。在上述复合过程中，纳米SiO2酸性溶胶不仅能像胶水一样将粒子与粒子，粒子与基底牢固的粘连起来，从而能够显著提高SiO2纳米复合材料的耐磨性、耐候性、牢固性等性能。并且加入纳米SiO2酸性溶胶还能保持足够的孔隙率和粗糙度。本专利技术的SiO2纳米混合液，通过上述特定的疏水SiO2纳米粒子悬液和纳米酸性溶胶复合形成黏连结构，从而能够制备得到减反增透、自清洁、防雾、防结冰、机械耐磨性、耐候性、牢固性等性能优异的SiO2纳米功能涂层；其原因可能在于：疏水SiO2纳米粒子的尺寸较小，其堆积能够形成足够的孔隙，同时使涂层表面具有足够的表面粗糙度，从而降低了涂层的折射率，进而使涂层具有良好的减反增透、疏水防雾和自清洁性能，纳米SiO2酸性溶胶能够填充部分SiO2纳米粒子之间的空隙，进而提高了涂层的增透减反性能。同时纳米SiO2酸性溶胶起到了类似胶水的作用，增加了涂层的耐磨性与牢固性。本专利技术对疏水SiO2纳米粒子不作严格限制，优选为无孔SiO2纳米粒子；该无孔SiO2纳米粒子指的是SiO2纳米粒子基本没有孔隙或者基本为实心的状态(2nm以下孔隙忽略不计)。研究发现超疏水后的SiO2纳米粒子能够进一步增加涂层与基底之间的牢固性，原因可能在于合成的SiO2纳米粒子悬液为澄清透明的溶液，在加入氟硅烷使SiO2纳米粒子表面被修饰上有机氟官能团后，得到的疏水SiO2纳米粒子悬液为粘稠状。同时表面被修饰了有机氟官能团的SiO2纳米粒子，粒子与粒子之间的黏连度明显增加，形成了三维的网状结构，因而进一步增加了涂层的牢固性。优选地，所述疏水SiO2纳米粒子与所述链状纳米SiO2的质量比为10.6：(1-1.5)，更优选为8.9:1。本专利技术的疏水SiO2纳米粒子悬液中疏水SiO2纳米粒子的含量可以根据实际应用需求来进行调节，例如为了使涂层获得更好的透光率与均一性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏水SiO2纳米混合液，其特征在于，由有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液和纳米SiO2酸性溶胶复合而成；其中，所述疏水SiO2纳米粒子悬液中疏水SiO2纳米粒子表面修饰有机氟官能团；所述纳米SiO2酸性溶胶具有链状纳米SiO2。

【技术特征摘要】
1.一种疏水SiO2纳米混合液，其特征在于，由有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液和纳米SiO2酸性溶胶复合而成；其中，所述疏水SiO2纳米粒子悬液中疏水SiO2纳米粒子表面修饰有机氟官能团；所述纳米SiO2酸性溶胶具有链状纳米SiO2。2.如权利要求1所述的疏水SiO2纳米混合液，其特征在于，所述疏水SiO2纳米粒子与所述链状纳米SiO2的质量比为10.6：(1～1.5)；所述纳米SiO2酸性溶胶的缩合度70％-90％。3.如权利要求1所述的疏水SiO2纳米混合液，其特征在于，所述SiO2纳米混合液中疏水SiO2纳米粒子的含量为12.61-12.86mg/mL；所述SiO2纳米混合液中链状纳米SiO2的含量为0.24-1.9mg/mL。4.如权利要求1所述的疏水SiO2纳米混合液，其特征在于，所述疏水SiO2纳米粒子悬液中粒径为9-11nm的疏水SiO2纳米粒子占总的疏水SiO2粒子的质量含量≥85％。5.一种疏水SiO2纳米混合液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分别制备有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液和纳米SiO2酸性溶胶；S2、在搅拌下将所述有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液与所述纳米SiO2酸性溶胶混合。6.如权利要求5所述的疏水SiO2纳米混合液的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机氟官能团修饰的疏水SiO2纳米粒子悬液的制备方法为：将溶剂、碱液和四乙氧基硅烷进行反应，随后加入氟硅烷继续进行反应；所述溶剂为乙醇，所述碱液为浓氨水。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鑫，奚如冰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11