一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法技术

本发明专利技术属于透明超疏水涂层制备技术领域，特别涉及一种在玻璃、石英等任意形状基底上制备透明、超疏水、自清洁涂层的方法。本发明专利技术包括基底的处理、溶液的配制、微纳复合结构的组装、涂层的热处理、疏水物质修饰等步骤。本发明专利技术方法不受基底大小、形状限制，对平面、曲面和不规则表面的基底均适用。所制备的超疏水涂层接触角大于１５０°，滚动角小于５°，雨滴落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在玻璃上，同时带走落在玻璃上的灰尘，保持表面清洁。同时所制备的涂层具有很高的透过率，平均透过率大于９０％。本发明专利技术所用工艺，方法简单，材料易得，成本低廉，适用于汽车、飞机挡风玻璃，透镜，建筑物的幕墙和玻璃等场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于透明超疏水涂层制备
，特别涉及一种在玻璃、石英等任 意形状基底上制备透明、超疏水、自清洁涂层的方法。
技术介绍
超疏水现象在自然界非常广泛，很多植物、动物、昆虫都具有超疏水的表面。超疏水表面一般指接触角大于150%滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的表面特性如自清洁性、防污性、疏水性等，使得其在很生活、生产领 域都具有巨大的应用前景。透明的超疏水涂层，具有良好的可见光透过性和疏水性，将其应用在玻璃表 面，可以制备出自清洁玻璃。这种玻璃可以作为汽车、飞机的挡风玻璃，当雨水 落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在玻璃上，同时带走落在玻璃上的灰尘， 保持表面清洁，保证雨天驾驶过程中的视野，提高了驾驶安全性；如果透明超疏 水涂层应用在高层建筑的表面和玻璃上，可以减少清洁次数，降低清洁费用和高 空作业的危险。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、方便的制备大面积透明超疏水自清洁涂层的 方法，该透明超疏水自清洁涂层可以应用在复杂表面，克服当前技术中制备透明 超疏水涂层需要昂贵仪器、制备困难的缺点。本专利技术所述方法的步骤如下1. 基底的处理本专利技术所述方法不受基底的形状和大小的影响，平面、曲面 或不规则表面的基底均可适用，适合本专利技术使用的典型的基底为玻璃和石英。首 先，将基底依次用几种极性不同的溶剂按溶剂的极性从小到大进行清洗，如依次 用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸馏水进行清洗；然后，再经H202和H2S04的混 合溶液处理即可以使基底的表面带有一层硅羟基；2. 涂层溶液的制备将带有负电荷的无机纳米粒子溶于溶剂中，超声20~60分钟配成浓度为1.0 ~ 10.0 mg/mL的无机纳米粒子溶液；再将阳离子聚合物溶于 去离子水中，制备成浓度为1.0 10.0mg/mL的溶液；3. 微纳复合表面的制备将步骤1处理过的基底交替浸泡在步骤2所制备的两种溶液中各3~20分钟，每次浸泡后将基底取出并用去离子水冲洗、吹干，从而 完成一个周期的层状组装膜的制备；重复上述过程，从而在基底上利用层状组装 技术制备不同粗糙度的多层微纳复合结构涂层；4. 涂层的热处理将通过步骤3获得的制备有多层微纳复合结构涂层的基底 放入马弗炉中在400'O60(rC温度条件下加热1~3小时，除去有机物成分，并使 无机纳米粒子交联以增加涂层的稳定性；5. 疏水物质的修饰将步骤4获得的基底再在10(TC 15(TC温度条件下进行 化学气相沉积，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏 水自清洁涂层。本专利技术所述的带有负电荷的无机纳米粒子为Ti02、 CaC03或Si02等，粒径 在10~50 nm之间；本专利技术所述的用于溶解无机纳米粒子的溶剂为丙酮、乙醇、甲醇或异丙醇中 的一种与去离子水的混合溶剂，按体积丙酮、乙醇、甲醇或异丙醇与去离子水的用量比例为1:卜1: 8;本专利技术所用的阳离子聚合物为聚二甲基二丙烯基胺盐酸盐或聚丙烯胺； 本专利技术所用含疏水链的分子为四氢全氟c4~c16烷基三甲基硅烷或四氢全氟C4""C16烷基三烷氧基硅烷。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1. 工艺简单，原料易得，成本低；2. 可以在非平面复杂结构基底上制备透明超疏水涂层；3. 制备的透明超疏水，接触角大于150。，滚动角小于5°，具有良好的自清 洁性;4. 制备的超疏水玻璃，具有良好的可见光透过性，平均可见光透过率高达 90%以上。附图说明图1:实施例1所得透明超疏水表面场发射扫描电镜图； 图2:实施例1所得透明超疏水表面接触角状态图3:实施例1所得透明超疏水玻璃透过率(实线)与未修饰透明超疏水涂层 的玻璃的透过率曲线图(虚线)；图4:实施例1所得透明超疏水玻璃实物图；图5:实施例2所得透明超疏水表面接触角状态图； 图6:实施例3所得透明超疏水表面接触角状态图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进行进一步的描述-场发射扫描电镜图由XL30 ESEM FEG型场发射扫描电镜获得。 接触角由Dataphysics OCA20型接触角测量仪测得。 可见光透过率由Shimadzu UV-3600紫外可见光测量仪测得。实施例1:(1) 基底的处理将表面水平的玻璃片依次用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸馏水分别超声处理 10min，以除去基底表面附着的各种杂质，然后在质量浓度为98X的H2S04和质 量浓度为30%的 02 (v: v-7: 3)的混合溶液中加热煮沸20 min至无气泡溢 出，冷却后用大量蒸馏水冲洗，再用氮气吹干，待用。(2) 溶液的制备将0.3g粒径为10nm的Sigma-Aldrich公司生产的Si02无机纳米粒子溶于 IOOmL异丙醇与去离子水的混合溶液中，异丙醇与去离子水的体积比为1: 4， 超声30分钟使SiO2纳米粒子分散均匀，待用；再将0.2g聚二甲基二丙烯基胺盐 酸盐溶于100mL去离子水中，溶解均匀后待用。(3) 微纳复合表面的制备将步骤(1)中处理好的玻璃基底在步骤(2)中制备的聚二甲基二丙烯基胺 盐酸盐溶液中浸泡20分钟，取出水洗吹干；然后再在步骤(2)中制备的&02溶 液中浸泡10分钟，取出水洗吹干；以上过程重复4次后吹干待用。(4) 涂层的热处理将通过步骤(3)获得的沉积有4层微纳复合结构涂层的玻璃放入马弗炉中在 40CTC温度条件下加热3小时，除去有机物成分，如附图1所示，得到Si02烧结 在一起的微纳复合结构，其尺寸结构在400 nm ~ 800 nm之间。(5) 疏水物质修饰将步骤(4)得到的玻璃放入烘箱中，在10(TC温度条件下进行化学气相沉积 1小时，将Degussa公司生产的四氢全氟十二烷基三甲基硅烷修饰在微纳复合结 构表面，得到透明超疏水玻璃。如附图2所示，所制备的透明超疏水玻璃，其接触角为157°，并且具有良好 的透过性。如附图3所示，未经修饰的玻璃，其透过率在93。/。左右(虚线)。修饰 有透明超疏水涂层的玻璃，在500nm波长以上的可见光范围内，其透过率都比普 通玻璃要高；在500nm以下的范围，由于微纳复合结构对这一波段的光的散射比 较严重，造成了透过率略微降低。(实线)对曲线进行积分，得到其平均透过率高 达93%以上，不会影响原有玻璃的透过率。透明超疏水玻璃实物图如附图4所示， 将所得到的透明超疏水玻璃2放在写有文字4的纸1上，下面的文字4清晰可见， 并且水滴3在表面上并不浸润，轻微的震动就会从表面上滚落。实施例2:(1) 基底的处理将表面水平的玻璃片依次用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸馏水超声分别处理 10min，以除去基底表面附着的各种杂质，然后在质量浓度98。^的H2S04和质量 浓度30%的H202 (v: v=7: 3)的混合溶液中加热煮沸(~20min)至无气泡溢 出。冷却后用大量蒸馏水冲洗，再用氮气吹干，待用。(2) 溶液制备-将0.4g粒径为20nm的Sigma-Aldrich公司生产的Ti02纳米粒子溶于 100mL丙酮与去离子水的混合物中，丙酮与去离子水的体积比为1: 2，超声20 分钟使Ti02纳米粒子分散均匀，待用；将0.3g聚丙烯胺溶于100mL水中，溶解均匀后待用。(3) 微纳复合表面制备将步骤(1)中处理好的玻璃基底在步骤(2)制备的聚丙烯胺溶液中浸泡20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法，其步骤如下：　Ａ．基底的处理：将基底依次用几种极性不同的溶剂按溶剂的极性从小到大进行清洗，然后再经Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］和Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］的混合溶液处理，使基底的表面带有一层硅羟基；　Ｂ． 涂层溶液的制备：将带负电荷的无机纳米粒子溶于溶剂中，超声２０～６０分钟配成浓度为１．０～１０．０ｍｇ／ｍＬ的无机纳米粒子溶液；再将阳离子聚合物溶于去离子水中，制备成浓度为１．０～１０．０ｍｇ／ｍＬ的溶液；　Ｃ．微纳复合表面的制备：将步 骤Ａ处理过的基底交替浸泡在步骤Ｂ所制备的两种溶液中各３～２０分钟，每次浸泡后将基底取出并用去离子水冲洗、吹干，从而完成一个周期的层状组装膜的制备；重复上述过程，从而在基底上利用层状组装技术制备不同粗糙度的多层微纳复合结构涂层；　Ｄ．涂 层的热处理：将通过步骤Ｃ获得的制备有多层微纳复合结构涂层的基底放入马弗炉中在４００℃～６００℃温度条件下加热１～３小时，除去有机物成分，并使无机纳米粒子交联以增加涂层的稳定性；　Ｅ．疏水物质的修饰：将步骤Ｄ获得的基底再在１００℃～１５ ０℃温度条件下进行化学气相沉积，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏水自清洁涂层。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，孙俊奇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]