兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法技術

本發明專利技術公開了兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，包括如下步驟：步驟一：制備PVA濃度為18wt％，并在DMSO溶液中溶解；步驟二：在溶解之前，先將體積比為1：10的甘油和0.03wt％的二氧化鈦加入；步驟三：將以上所有物質混合均勻后置于95℃環境中不斷攪拌2h，直至溶液均勻混合溶解：步驟四：在所制的溶液中加入DMSO體積的2.7％的TPM和TPM質量的2％的DEAP，本發明專利技術通過親疏水雜化與溶劑交換策略構建兼具長效防霧效果與優異防霧性能的水凝膠防霧涂層，制備方法簡單易行，克服了傳統防霧涂層防霧時間短與防霧效果差等問題；此外，通過引入功能分子，賦予水凝膠涂層優異的抗老化與自愈合性能，且不影響涂層的光線透過率與防霧特性。霧特性。霧特性。

【技術實現步驟摘要】
兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法


[0001]本專利技術涉及水凝膠涂層
，特別是涉及兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法。

技術介紹

[0002]當光學器件(如眼鏡、光學傳感器件等)表面溫度接近或低于周圍大氣露點時，它們很容易起霧(形成微小水滴)，降低光學器件透光率，導致其性能嚴重損害，甚至對人們健康安全造成災難性后果，例如，相機鏡頭上形成的霧使圖像變得模糊和扭曲；汽車擋風玻璃或后視鏡上的霧可能會影響駕駛員視覺判斷，造成嚴重的交通事故；光學傳感器或光學儀器上的霧常常會降低其精度。
[0003]防霧涂層被認為是防止光學器件結霧最具前景的策略，根據潤濕性，防霧涂層主要分為疏水性涂層和親水性涂層兩大類。其中，疏水涂層通過降低霧氣粘附力和增強水滴對基材排斥力達到防霧目的；在重力作用下，微小霧氣水滴不斷從基材表面被去除，疏水涂層具有長期有效的特性。然而，水滴只有在生長到臨界尺寸(即10μm)以上時才能被去除，表現出不可避免的感應防霧期，雖然可能時間很短，但在很多情況下仍然不可接受。親水涂層通過快速促進偽膜水凝結來防止基材表面起霧，因此不存在疏水涂層感應防霧期問題，但由于親水涂層表面水膜增厚，凝結，甚至會發生移動，致使防霧時間短。因此，避免親水涂層中厚水膜的形成，降低涂層表面和蒸汽之間的溫差，抑制水滴凝結，進而提升親水防霧涂層的高效性與持久性成為一個亟待解決的問題。親水聚合物網絡涂層通過體積溶脹來吸收水分，故增加涂層厚度可以增強其吸水能力，延長防霧時間。然而，厚親水聚合物涂層會引起以下主要問題：(1)降低光學器件透過率；(2)在反復干燥和溶脹循環中產生褶皺與凸起；(3)在霧化條件下涂層產生剝離和開裂。
[0004]疏水涂層能夠降低霧氣粘附力和增強水滴
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基材排斥力，避免厚水膜的形成。因此，如何結合親水涂層通過偽膜水凝結來長效防霧特性與疏水涂層通過降低霧氣粘附力和增強水滴
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基材排斥力，避免厚水膜形成優勢，充分發揮親水涂層長效防霧特性與疏水涂層規避厚水膜形成優勢兩者的協同作用，構建兼具長效防霧與避免厚水膜形成的功能性防霧涂層既具有理論研究意義又兼有實際應用價值。
[0005]此之，防污性能也是評價一個多功能、高性能防霧涂層的重要標準。在使用光學儀器(如顯微鏡)觀察染色樣本或油性污染物(如大豆油)時，難以避免鏡頭會被有機染料污染。同時部分染料(如亞甲基藍)對玻璃有著極高的親和力，導致通過擦拭的方法無法輕易去除，進一步影響光學儀器的使用。光催化原理是基于光催化劑在光下的氧化還原能力，從而實現污染物的凈化和物質的合成與轉化。通常情況下，光催化氧化反應以半導體為催化劑，以光為能量，將有機物質降解為二氧化碳和水。因此，光催化技術被國際學術界公認為是一種高效、安全、環保的環境凈化技術。光催化劑的種類很多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘和其他許多硫化物半導體，此外還有一些銀鹽、卟啉等，它們也有催化作用，但它們基本上都有自我損耗的缺點，且存在潛在毒性。二氧化鈦是一種具有良好生
物相容性、高效光催化效率的光催化材料，具有巨大的應用價值。在本專利技術中，利用二氧化鈦納米復合策略，在該功能性防霧涂層中引入光催化二氧化鈦，賦予防霧涂層降解有機污染物，達到有效防污的目的，此外利用其紫外吸收功能，還能賦予該涂層抗老化能力。

技術實現思路

[0006]針對上述現有技術存在的缺陷，本專利技術的目的在于提供兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，在延長現有防霧涂層的防霧時間和增強防霧效果的同時，賦予其功能性。
[0007]為實現上述目的，本專利技術提供了兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，包括如下步驟：
[0008]步驟一：制備PVA濃度為18wt％，并在DMSO溶液中溶解；
[0009]步驟二：在溶解之前，先將體積比為1：10的甘油和0.03wt％的二氧化鈦加入；
[0010]步驟三：將以上所有物質混合均勻后置于95℃環境中不斷攪拌2h，直至溶液均勻混合溶解：
[0011]步驟四：在所制的溶液中加入DMSO體積的2.7％的TPM和TPM質量的2％的DEAP，并迅速置于90℃的環境中攪拌1h；
[0012]步驟五：將溶液使用刮涂法均勻地涂抹在玻璃表面，然后放在紫外光照下固定1h；
[0013]步驟六：將上述制成的涂層放置于去離子水中進行溶劑交換30min，最后在室溫條件下干燥24h得到成品，得到兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層。
[0014]進一步地，TPM(3
?
(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯)作為疏水單體，甘油，TiO2作為功能性物質，TiO2為涂層提供抗紫外抗老化能力，DEAP作為光引發劑，聚乙烯醇(PVA)作為親水性物質，所選基材為透明材料，且保存溫度應為50℃以上。
[0015]進一步地，加入甘油時，在進行溶劑交換后，由于DMSO被交換成了水，甘油與水形成氫鍵，同時會使涂層表面具有更高的表面能，吸附在涂層表面的水分子能夠迅速形成一層水化膜，油滴將無法到達基底，從而通過水膜實現超疏油性，提供防污作用。
[0016]進一步地，所加入的疏水單體TPM在加入DEAP后光照，易與PVA發生聚合，形成雜化結構，同時溶劑交換后TPM會與玻璃上游離的硅原子形成硅
?
氧
?
硅結構，使涂層與界面緊密粘附，增加抗褶皺能力。
[0017]進一步地，二氧化鈦微粒對紫外線具有很強的吸收作用，并且二氧化鈦能夠均勻地分布在涂層中，只有少量的二氧化鈦出現團聚，所配置的PVA濃度不超過20wt％，否則加入TPM時成膠過快，使涂層結構不均勻。
[0018]進一步地，在加熱狀態下制備PVA的二甲基亞砜溶液，其中，PVA二甲基亞砜溶液的質量濃度為20％，加熱的溫度為75℃
?
95℃。
[0019]進一步地，所制得的PVA的二甲基亞砜溶液中分別加入TPM和光敏劑DEAP，在加熱、避光條件下攪拌均勻，所述TPM的用量應為DMSO體積的1.5％
?
2.7％，所述DEAP的用量應為TPM質量的1％
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2％，加熱的溫度為80℃
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90℃。
[0020]進一步地，使用涂布器將保溫后的溶液均勻涂布在玻璃平面上，并在紫外光下光照固化，固化時間為40min
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60min。
[0021]進一步地，將上述的玻璃平面放在純水中浸泡，進行溶劑交換，浸泡時間為20min
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40min，將溶劑交換后的的玻片放在室溫下干燥，干燥時間應不少于12h。
[0022]進一步地，在涂層中加入甘油使其獲得更好的抗凍能力和自愈能力，甘油的體積占比應為溶劑體積的1/10至1/8，并且在加入甘油時應將甘油加熱到與溶劑同樣的95℃，在涂層中加入二氧化鈦納米微粒使其獲得更好的抗紫外線能力和抗老化能力，所使用的二氧化鈦的納米微粒直徑為15
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30nm，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：制備PVA濃度為18wt％，并在DMSO溶液中溶解；步驟二：在溶解之前，先將體積比為1：10的甘油和0.03wt％的二氧化鈦加入；步驟三：將以上所有物質混合均勻后置于95℃環境中不斷攪拌2h，直至溶液均勻混合溶解：步驟四：在所制的溶液中加入DMSO體積的2.7％的TPM和TPM質量的2％的DEAP，并迅速置于90℃的環境中攪拌1h；步驟五：將溶液使用刮涂法均勻地涂抹在玻璃表面，然后放在紫外光照下固定1h；步驟六：將上述制成的涂層放置于去離子水中進行溶劑交換30min，最后在室溫條件下干燥24h得到成品，得到兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層。2.根據權利要求1所述的兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，其特征在于：TPM(3
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(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯)作為疏水單體，甘油，TiO2作為功能性物質，TiO2為涂層提供抗紫外抗老化能力，DEAP作為光引發劑，聚乙烯醇(PVA)作為親水性物質，所選基材為透明材料，且保存溫度應為50℃以上。3.根據權利要求2所述的兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，其特征在于：加入甘油時，在進行溶劑交換后，由于DMSO被交換成了水，甘油與水形成氫鍵，同時會使涂層表面具有更高的表面能，吸附在涂層表面的水分子能夠迅速形成一層水化膜，油滴將無法到達基底，從而通過水膜實現超疏油性，提供防污作用。4.根據權利要求3所述的兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，其特征在于：所加入的疏水單體TPM在加入DEAP后光照，易與PVA發生聚合，形成雜化結構，同時溶劑交換后TPM會與玻璃上游離的硅原子形成硅
?
氧
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硅結構，使涂層與界面緊密粘附，增加抗褶皺能力。5.根據權利要求4所述的兼具防霧與防污的多功能水凝膠涂層及其制備方法，其特征在于：二氧化鈦微粒對紫外線具有很強的吸收作...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷昆，方鈞鈞，郭鵬山，陳美君，
申請(專利權)人：河南科技大學，
類型：發明
國別省市：