一種透明超雙疏涂層的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種透明超雙疏涂層的制備方法。本發明采用溶膠-凝膠法制備雜化硅溶膠懸浮液，將懸浮液噴涂在玻璃基體表面，通過高溫氧化和表面氟硅烷修飾得到涂層。涂層表面的水接觸角和十六烷接觸角都大于150°，滾動角都小于10°，對可見光具有良好的透過性，平均透光率大于75%。本方法所用原料易得，工藝簡單，重復性好，涂層具有優良的超疏水性、超疏油性和透光性。
【專利說明】—種透明超雙疏涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明敘述了一種透明超雙疏涂層的制備方法，具體是將透明功能引入到超雙疏涂層中，從而增強超雙疏涂層的功能性，擴大其使用范圍。
【背景技術】
[0002]超雙疏表面同時具有超疏水和超疏油的性能，較之超疏水涂層具有更強的功能實用性。由于超雙疏表面性能的特殊性，使得其在船舶、汽車、外墻涂料、生物醫療器械、太陽能裝置等領域都具有很大的應用價值。近年來，對于超雙疏材料的研究無論從研究領域還是制備方法都有較大的發展，對于超雙疏性能的深入研究極大地增強了人們對具有特殊表面潤濕性材料的需求。
[0003]透明超雙疏涂層，不僅具有超疏油、超疏水表面的性質而且具有很好的可見光透過性，若將其應用于玻璃表面，可以作為汽車、船舶等交通工具的擋風玻璃，可以減少實際使用環境中浮塵顆粒、水污染，尤其能夠降低油性污染，從而保持玻璃表面的清潔，能夠改善交通工具在行駛過程中的視野，提高駕駛安全性；也可以減少建筑玻璃及幕墻的清洗次數，延長其使用壽命。
[0004]近年來對透明超疏水涂層的研究較多，然而由于超疏油材料對表面微結構要求很高，制備難度很大，因此目前對于具有透明超雙疏功能涂層的報道極少。Doris Vollmer等人近來報道了一種利用蠟燭煙灰作為模板制備透明超雙疏的方法(Science，2012，335，67-69)，引起國內外較廣泛的關注。然而，目前國內外有關透明超雙疏專利卻鮮有報道，遠不能滿足其廣闊的應用領域。因此發明制備工藝簡單易行，穩定性強的透明超雙疏涂層是極為必要的，對于低表面能材料的推廣和應用也具有重要意義并且有著潛在的巨大市場。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種透明超雙疏涂層的制備方法，解決透明涂層防水和防油污染的實用性問題；此方法工藝簡單，成本低，重復性好，所制涂層具有優良的超疏水性、超疏油性和透光性。
[0006]實現本發明的技術方案是:
本發明采用溶膠-凝膠法制備雜化硅溶膠懸浮液，將懸浮液噴涂在玻璃基體表面，通過高溫氧化和表面氟硅烷修飾得到涂層。
[0007]一種透明超雙疏涂層的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
A溶膠懸浮液的制備:將炭黑與碳納米管混合加入到無水乙醇中，超聲分散均勻后，在攪拌中將苯甲醇、硅酸四乙酯及氨水分別加入到上述分散體系中，繼續攪拌至反應結束，得到雜化硅溶膠懸浮液；
B高溫氧化處理:將步驟A所得雜化硅溶膠懸浮液噴涂在玻璃基體表面，然后在500~650°C下氧化處理，得到透明涂層；
C涂層表面氟硅烷修飾:將步驟B所得透明涂層，通過氣相沉積進行表面氟硅烷修飾，然后取出涂層，真空干燥，得到透明超雙疏涂層。
[0008]本發明所用炭黑的粒徑在I~2微米。
[0009]本發明所用碳納米管的直徑為10~30納米、長度為20~30微米。
[0010]本發明所用的炭黑的質量百分比為全部用料的0.2%，碳納米管的質量百分比為全部用料的0.2~0.6%。
[0011]本發明所用苯甲醇的質量百分比為全部用料的I~2.5%，硅酸四乙酯的質量百分比為全部用料的3~6%，氨水的質量百分比為全部用料的2~3%。
[0012]步驟B中的噴涂方法通過以下步驟來實現:
將懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂；噴槍距工件表面不小于20cm，噴槍角度與工件表面成70~90度角度，將涂料噴涂于玻璃基體表面。
[0013]步驟C中的氣相沉積方法通過以下步驟來實現:
先將裝有1H，1H, 2H, 2H-全氟辛氧基三氯硅烷的開口容器置入密封體系中，然后再將透明涂層放入密閉體系中，整個密閉體系在室溫、常壓條件下靜置2~6h。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在于:
所用原材料制備簡單，制備方法容易實現。
[0015]通過本方法制備的超`雙疏涂層表面具有非常大的水接觸角和油(十六烷)接觸角(大于150° )，滾動角都小于10° ;水珠和油珠在涂層表面能夠自由滾動，具有自清潔功能。
[0016]通過本方法制備的超雙疏涂層表面具有良好的可見光透光性，平均可見光透過率大于75%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例1所制產品的數碼照片，是玻璃基體上制得的透明超雙疏涂層的可見光透光效果圖，其表面上為水珠和油珠(十六烷)。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:
溶膠懸浮液的制備
將Ig炭黑與Ig碳納米管混合加入到500g無水乙醇中，超聲分散15min后,在攪拌中將Sg苯甲醇、15g硅酸四乙酯及IOg氨水分別滴加到上述分散體系中，繼續攪拌；反應結束后，得到雜化硅溶膠懸浮液。
[0019]高溫氧化處理
將所得雜化硅溶膠懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂在玻璃基體表面，然后在500°C下氧化處理，得到透明涂層。
[0020]涂層表面氟硅烷修飾
將所得透明涂層進行氣相沉積表面修飾，靜置2h，然后取出涂層，真空干燥，即得透明超雙疏涂層。
[0021]所得透明超雙疏涂層表面的水接觸角約為165°，滾動角約為1° ;油(十六烷)接觸角約為158°，滾動角約為5° ;涂層的可見光透光率為82%。
[0022]實施例2:溶膠懸浮液的制備
將Ig炭黑與2g碳納米管混合加入到500g無水乙醇中，超聲分散15min后,在攪拌中將IOg苯甲醇、25g硅酸四乙酯及12g氨水分別滴加到上述分散體系中，繼續攪拌；反應結束后，得到雜化硅溶膠懸浮液。
[0023]高溫氧化處理
將所得雜化硅溶膠懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂在玻璃基體表面，然后在500°C下氧化處理，得到透明涂層。
[0024]涂層表面氟硅烷修飾
將所得透明涂層進行氣相沉積表面修飾，靜置3h，然后取出涂層，真空干燥，即得透明超雙疏涂層。
[0025]所得透明超雙疏涂層表面的水接觸角約為165°，滾動角約為1° ;油(十六烷)接觸角約為156°，滾動角約為6° ;涂層的可見光透光率為82%。
[0026]實施例3:
溶膠懸浮液的制備
將2g炭黑與5g碳納米管混合加入到1000g無水乙醇中，超聲分散15min后,在攪拌中將20g苯甲醇、50g硅酸四 乙酯及30g氨水分別滴加到上述分散體系中，繼續攪拌；反應結束后，得到雜化硅溶膠懸浮液。
[0027]高溫氧化處理
將所得雜化硅溶膠懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂在玻璃基體表面，然后在550°C下氧化處理，得到透明涂層。
[0028]涂層表面氟硅烷修飾
將所得透明涂層進行氣相沉積表面修飾，靜置4h，然后取出涂層，真空干燥，即得透明超雙疏涂層。
[0029]所得透明超雙疏涂層表面的水接觸角約為165°，滾動角約為1° ;油(十六烷)接觸角約為155°，滾動角約為6° ;涂層的可見光透光率為79%。
[0030]實施例4:
溶膠懸浮液的制備
將2g炭黑與6g碳納米管混合加入到1000g無水乙醇中，超聲分散15min后,在攪拌中將20g苯甲醇、35g硅酸四乙酯及30g氨水分別滴加到上述分散體系中，繼續攪拌；反應結束后，得到雜化硅溶膠懸浮液。
[0031]高溫氧化處理
將所得雜化硅溶膠懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂在玻璃基體表面，然后在550°C下氧化處理，得到透明涂層。
[0032]涂層表面氟硅烷修飾
將所得透明涂層進行氣相沉積表面修飾，靜置3h，然后取出涂層，真空干燥，即得透明超雙疏涂層。
[0033]所得透明超雙疏涂層表面的水接觸角約為166°，滾動角約為1° ;油(十六烷)接觸角約為153°，滾動角約為7° ;涂層的可見光透光率約為80%。
[0034]實施例5:溶膠懸浮液的制備
將2g炭黑與4.5g碳納米管混合加入到1000g無水乙醇中，超聲分散15min后,在攪拌中將20g苯甲醇、40g硅酸四乙酯及25g氨水分別滴加到上述分散體系中，繼續攪拌；反應結束后，得到雜化硅溶膠懸浮液。
[0035]高溫氧化處理
將所得雜化硅溶膠懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂在玻璃基體表面，然后在600°C下氧化處理，得到透明涂層。
[0036]涂層表面氟硅烷修飾
將所得透明涂層進行氣相沉積表面修飾，靜置6h，然后取出涂層，真空干燥，即得透明超雙疏涂層。
[0037]所得透明超雙疏涂層表面的水接觸角約為163°，滾動角約為2° ;油(十六烷)接觸角約為155°，滾動角約為7° ;涂`層的可見光透光率約為76%。
【權利要求】
1.一種 透明超雙疏涂層的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: A溶膠懸浮液的制備:將炭黑與碳納米管混合加入到無水乙醇中，超聲分散均勻后，在攪拌中將苯甲醇、硅酸四乙酯及氨水分別加入到上述分散體系中，繼續攪拌至反應結束，得到雜化硅溶膠懸浮液； B高溫氧化處理:將步驟A所得雜化硅溶膠懸浮液噴涂在玻璃基體表面，然后在500~650°C下氧化處理，得到透明涂層； C涂層表面氟硅烷修飾:將步驟B所得透明涂層，通過氣相沉積進行表面氟硅烷修飾，然后取出涂層，真空干燥，得到透明超雙疏涂層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于炭黑的粒徑在I~2微米。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于碳納米管的直徑為10~30納米、長度為20~30微米。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于炭黑的質量百分比為全部用料的0.2%，碳納米管的質量百分比為全部用料的0.2~0.6%。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于苯甲醇的質量百分比為全部用料的I~2.5%，硅酸四乙酯的質量百分比為全部用料的3~6%，氨水的質量百分比為全部用料的2~3% ο
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟B中的噴涂方法通過以下步驟來實現: 將懸浮液于0.15~0.20MPa壓力下噴涂；噴槍距工件表面不小于20cm，噴槍角度與工件表面成70~90度角度，將涂料噴涂于玻璃基體表面。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于步驟C中的氣相沉積方法通過以下步驟來實現: 先將裝有1H，1H, 2H, 2H-全氟辛氧基三氯硅烷的開口容器置入密封體系中，然后再將透明涂層放入密閉體系中，整個密閉體系在室溫、常壓條件下靜置2~6h。
【文檔編號】C03C17/22GK103626403SQ201210306038
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月27日 優先權日:2012年8月27日
【發明者】門學虎, 張招柱, 楊進, 朱小濤 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所