增透的超亲水自清洁SiO2防雾涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及增透的超亲水自清洁SiO2防雾涂层及其制备方法。本发明专利技术采用静电自组装的方法，将粒径为49～100nm的外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔SiO2空心球和聚电解质交替组装，从而在玻璃表面堆积构成了所述增透的超亲水自清洁SiO2防雾涂层，该防雾涂层表面具有纳米尺度上的粗糙结构。该沉积有外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔SiO2空心球的玻璃片的对光透光率最高可以达到96.0％，比原玻璃片基板的90.0％有较大提高；对光反射率最低可以达到2.5％，比原玻璃基底的8％有较大降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及由外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔S^2空心球构成的增透的超亲水自清洁S^2防雾涂层及其制备方法。
技术介绍
自清洁玻璃(Self-cleaning glass)是指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就可以达到清洁效果的玻璃。玻璃的雾化是指湿气或蒸汽冷凝在玻璃制品表面形成微小水滴。而防雾玻璃 (Anti-fogging glass)就是指普通玻璃在经过特殊处理之后，使表面具有超亲水特性，使由于雾化而形成的微小水滴迅速铺平，从而达到不影响镜面成像、能见度和玻璃的透光率的效果。自清洁玻璃从制备方法上主要分为两大类超亲水自清洁玻璃；超疏水自清洁玻璃。通常的制备方法是在玻璃制品表面涂覆一层无机材料涂层。对于涂覆无机材料涂层的防雾玻璃而言，若该无机材料涂层为超疏水性物质，则类似荷叶效应，其对水的滚动角小，能使微小水滴聚集成大水珠。当集成的水珠达到一定尺寸时，会借助自身重力下滑，或通过外力如风吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆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，但是时效性差由于小水滴的聚集或吹干、蒸发都需要一段时间，水滴会留在玻璃制品上，如棱镜般地影响成像和能见度，而且目前该方法所得超疏水自清洁玻璃的超疏水性的耐久性不理想， 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。若该无机材料涂层为超亲水性物质，则会使小水滴在玻璃表面上的接触角趋近于零度，当水接触到玻璃表面时，迅速在其表面铺展，形成均勻的水膜，表现出超亲水的性质， 不会影响镜面成像，同时水层薄，对透光率的影响也大为减小，通过均勻水膜的重力下落带走污渍，在玻璃表面涂覆超亲水性的无机材料涂层可以去除大部分污渍。同时利用超亲水的原理，也可以防止小水滴的形成，达到防雾的效果。国外在20世纪60年代就已经开始了玻璃自清洁和防雾研究，在基础研究方面， 目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国 Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在应用开发方面，日本率先展开开发、推广、应用TW2光催化自清洁玻璃，英国Pilkington公司、美国PPG公司等玻璃商也看好这一产品的开发、加工、生产及推广应用的大市场。英国 Pilkington玻璃公司在开发应用TW2光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃制造商的前列，并在2002年底之前把该产品推广到欧洲及其他国家(如美国)玻璃市场，进行公开批量销售，随后在北美、大洋洲的澳大利亚、亚洲的日本等地区及国家推出(陈利宾，建筑玻璃与工业玻璃2004，No. 6，12 15)；美国W. L. Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃(W. L. Tonar et al. Electrochromic Device Having ASelf-cleaning Hydrophilic Coating. United States Patent Application PublicationUS2001/00210066A 1， 2001-09-13 ；K. Toru. Vehicle Mirror. United States PatentUS5594585 :1997-01-14 ; K.Toru. Anti-fog Element. US5854708 :1998-12-29 ；K.Takahama et al. Method of Forming Hydrophilic Inorganic Coating Film AndInorganic Coating Composition. United States Patent Application PublicationUS2001/008696Al，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO2* Al2O3)薄膜。然而这些技术都利用了 TiO2光催化特性促使表面达到超亲水，适用条件会受到限制，因为需要有光照的环境才能进行催化作用；而且这种孔状结构表面虽可以提高亲水性，但很容易被难挥发的物质或者纳米尘埃堵住孔口，耐久性不理想。国内的研究虽然起步较晚，但也取得了显著的进展，有关专利和技术成果有上百项，且不断有玻璃防雾剂产品推出。为了避免玻璃制品上形成微小水滴导致雾化，透明性降低，通常采用以下措施(1)在玻璃表面喷上一层表面活性剂，以除去沉积在其上的水滴和尘埃；( 在玻璃表面涂覆一层有机吸水防雾涂层；C3)安装加热装置，通过加热蒸发玻璃表面水滴；(4)安装超声波分散和加热装置，对玻璃表面水滴同时进行分散和加热，达到快速蒸发的目的。然而这些方法都有各自的局限性方法(1)需定期反复喷刷表面活性剂而显得不便利；方法O)由于使用有机物质导致玻璃制品耐磨性和耐热性不好；方法(3)中由于加热蒸发水滴通常需要7 10分钟，时效性差，且需要外加能量，能量消耗大，因而不实用；方法(4)的装置较复杂，元件多，成本高(刘付胜聪，李玉平全国性建材科技期刊-《玻璃》2002年第3期16 19)。中科纳米技术工程中心有限公司(简称中科纳米公司)的常温固化纳米自清洁玻璃技术取得显著进展，结合玻璃深加工工艺，完成大板面自清洁玻璃的制作，应用于国家大剧院和汽车展示厅玻璃等建设项目。中科纳米公司制备的自清洁玻璃，水在玻璃表面的接触角为6. 5度，国外某著名公司制备的自清洁玻璃，水在玻璃表面的接触角为17度，可见，中科纳米公司制备的自清洁玻璃的亲水性远远好于国外某著名公司的产品(陈利宾，建筑玻璃与工业玻璃2004，No6,12 15)。不幸的是该技术要利用TW2 的光催化特性来提高基质表面的亲水性，必须在有紫外光照射的环境中才表现出良好的亲水性能，在黑暗的环境中是很难达到这种效果的，而且也没有达到真正意义的超亲水(接触角小于5度)，因此限制了其适用范围。总的来说，目前的这些技术的自清洁和防雾效果以及耐久性还不理想。因此研制和开发具有长效防雾功能的涂层是当今防雾技术的发展方向，研究开发便利的、耐磨性和耐候性好且成本低的新型自清洁防雾玻璃是十分必要和有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种由外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔S^2空心球作为构筑模块，将该构筑模块在玻璃上构成表面具有纳米尺度的粗糙结构的涂层，从而得到增透的超亲水自清洁S^2防雾涂层，实现玻璃的减反增透的性能。本专利技术的目的之二是提供外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔空心球的制备方法。本专利技术的目的之三是提供采用静电自组装的方法，将外表面的壳层为薄且无孔， 内壳层带有介孔的双壳层的介孔SW2空心球和聚电解质交替组装，从而提供制备方法和工艺简单、成本低、原料成本廉价、适用范围广的增透的超亲水自清洁SiO2防雾涂层的制备方法。SiO2表面容易产生-OH基团，因而具有良好的亲水性，同时SiO2薄膜具有光的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，杜鑫，
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：