超親水增透涂層的制備方法及超親水增透涂層技術

本發明專利技術涉及具有高強度的超親水增透涂層的制備方法，以及由該方法制備得到的具有高強度的超親水增透涂層。本發明專利技術是利用酸催化溶膠-凝膠(sol-gel)法制備得到具有高強度的超親水增透涂層，該超親水增透涂層結合了二氧化硅薄膜所具有的低反射率、高光透過率、良好親水性等優點。本發明專利技術由粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子層構造出涂層表面的粗糙結構，同時該涂層具有增透與超親水性能。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片能耐受6H鉛筆刮痕測試。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片的透光率能從91.6%提高到95.9%，水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為0度。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及具有高強度的超親水增透涂層的制備方法，以及由該方法制備得到的具有高強度的超親水增透涂層。本專利技術是利用酸催化溶膠-凝膠(sol-gel)法制備得到具有高強度的超親水增透涂層，該超親水增透涂層結合了二氧化硅薄膜所具有的低反射率、高光透過率、良好親水性等優點。本專利技術由粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子層構造出涂層表面的粗糙結構，同時該涂層具有增透與超親水性能。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片能耐受6H鉛筆刮痕測試。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片的透光率能從91.6%提高到95.9%，水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為0度?！緦＠f明】超親水增透涂層的制備方法及超親水增透涂層
本專利技術屬于納米材料制備
，特別涉及具有高強度的超親水增透涂層的制備方法，以及由該方法制備得到的具有高強度的超親水增透涂層。
技術介紹
溶膠-凝膠法(sol-gel)就是以含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化，膠粒間緩慢聚合形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑形成凝膠。凝膠經過干燥、燒結，固化制備出分子乃至亞納米結構的材料。SiO2納米溶膠的網絡結構緊密地依賴于催化條件，在酸性催化條件下SiO2溶膠形成線形鏈式結構，形成的涂層與基片間則以Si — O— Si化學鍵結合，粘附力很強，酸性催化SiO2溶膠可形成高強度的涂層。但是，在酸性催化條件下，SiO2溶膠形成的線形結構使薄膜折射率較高，孔隙率較低，且孔徑很小，顆粒比較致密，透過率不高，涂層表面基團難以實現置換，因而接觸角小。Kesmez等在SiO2溶膠制備過程中通過控制酸、水和乙醇的量來研究酸催化正硅酸乙酯水解和縮合(Chner Kesmez et al.Effect of acid, water and alcohol ratioson sol-gel preparation of antireflective amorphous Si02 coatings.J ournal ofNon-Crystalline Solids.2011，357:3130-3135)，SiO2 粒子的大小隨著酸和水配比的改變而在 8 ~41nm 范圍內變化。當 HN03/TE0S (mol/mol)為 4.74X 10' H20/TE0S (mol/mol)為9.08時光的透過率為94.6%，但該種酸催化正硅酸乙酯(TEOS)溶膠-凝膠SiO2涂層的透過率還是相對較低。姚蘭芳等利用溶膠-凝膠技術，在酸性條件下，以正硅酸乙酯為硅源，鹽酸為催化劑制備前驅體溶膠且采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，利用表面活性劑與硅源水解后形成的聚集體的相互作用，在溶液中形成分子自組裝體(姚蘭芳等，表面活性劑濃度對納米介孔SiO2薄膜結構的影響，功能材料，2004, 35:2969-2972)，通過簡單提拉迅速蒸發溶劑等方法制備二氧化硅一表面活性劑納米介孔薄膜。通過調節表面活性劑的濃度可以對該納米薄膜的微觀結構和性能等進行控制，測試樣品的透過率，但是該方法制備涂層時的后期煅燒處理不能確保CTAB完全去除，涂層的親水性能不理想。酸催化的溶膠一凝膠技術制備的涂層具有高強度，但是往往其透過率達不到要求，從而在真正的實際應用中受到限制，雖然通過調整原料配比能提高涂層的透過率，但是在提高涂層的透過率的同時，涂層的強度和自清潔性質會受到一定的影響。在本專利技術中，通過加入表面活性劑(CTAB)得到了 SiO2實心球型納米粒子，從而得到高強度的超親水增透涂層。本專利技術具有良好的應用前景。`
技術實現思路
本專利技術的目的是利用浸潰提拉的方法，將含有二氧化硅實心球型納米粒子和表面活性劑的分散液提拉成涂層，從而提供一種具有高強度的超親水增透涂層的制備方法，以及由該方法制備得到的具有高強度的超親水增透涂層。本專利技術是利用酸催化溶膠-凝膠(sol-gel)法制備得到具有高強度的超親水增透涂層，該超親水增透涂層結合了二氧化硅薄膜所具有的低反射率、高光透過率、良好親水性等優點。本專利技術由粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子層構造出涂層表面的粗糙結構，同時該涂層具有增透與超親水性能。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片能耐受6H鉛筆刮痕測試(恒定壓力為7.5N，鉛筆與涂層表面成45° )。涂有該具有高強度的超親水增透涂層的玻璃片的透光率能從91.6%提高到95.9%，水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為O度。本專利技術的具有高強度的超親水增透涂層具有效果明顯、適用范圍廣、成本低廉、制備工藝簡單等技術優勢。本專利技術的具有高強度的超親水增透涂層是以正硅酸乙酯(TE0S)、表面活性劑(CTAB)、鹽酸和無水乙醇為原料，制備出粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子；然后采取浸潰提拉法將含有SiO2實心球型納米粒子與表面活性劑的分散液提拉到玻璃片上，制備出的涂層經過快速淬火處理后制備得到具有高強度的超親水增透涂層。所需儀器設備簡單、廉價，有望實現工業化。本專利技術的具有高強度的超親水增透涂層的制備方法包括以下步驟:(I)將2f23mL的正硅酸乙酯、2f23mL的無水乙醇、f2mL的水和4 X 10_4飛X lO^mL的鹽酸混合，在酸性條件下部分正硅酸乙酯得到水解，在溫度為500C~70°C下進行攪拌(一般攪拌的時間為80-100分鐘左右)得到SiO2溶膠，將得到的SiO2溶膠冷卻至室溫；向得到的SiO2溶膠中加入6~8mL的鹽酸、0.3^0.5mL的水和45~47mL的無水乙醇，使剩余的正硅酸乙酯繼續水解；當SiO2溶膠的濃度達到擴llmol/L時，在室溫下攪拌10-15分鐘后，在溫度為40°C~60°C溫度下老化SiO2溶膠2~4小時；然后再加入105^107mL的無水乙醇進行稀釋得到試劑；向得到的試劑中加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，使十六烷基三甲基溴化銨在試劑中的質量分數含量為1.5%~3.5%，充分攪拌(一般攪拌的時間為30-90分鐘)，得 到透明的含有粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子和十六烷基三甲基溴化銨的分散液；(2)采用浸潰提拉法，將清洗干凈的玻璃片浸入到步驟(1)制備得到的含有粒徑大約為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子和十六烷基三甲基溴化銨的分散液中，然后將玻璃片從所述的分散液中提拉出來，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結構的增透涂層；(3)將步驟(2)制備得到的表面具有粗糙結構的增透涂層的玻璃片放在溫度為4(T70°C的烤片機上烘烤30-90秒進行預固化處理；(4)將步驟(3)預固化處理后得到的表面具有粗糙結構的增透涂層的玻璃片快速放入溫度為600~800°C的馬弗爐中進行淬火100~300秒以除去十六烷基三甲基溴化銨，在玻璃片的表面得到具有高強度的超親水增透涂層。所述的清洗可將玻璃片浸入到質量濃度為98%的H2SO4與質量濃度為30%的H2O2按體積比為7:3混合的混合液中，取出用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干。所述的將玻璃片浸入到H2SO4與H2O2的混合液中的時間較佳的是5~20分鐘。所述的快速是在打開馬弗爐的爐本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超親水增透涂層的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟：(1)將21~23mL的正硅酸乙酯、21~23mL的無水乙醇、1~2mL的水和4×10?4~6×10?4mL的鹽酸混合，在酸性條件下部分正硅酸乙酯得到水解，在溫度為50℃~70℃下進行攪拌得到SiO2溶膠，將得到的SiO2溶膠冷卻至室溫；向得到的SiO2溶膠中加入6~8mL的鹽酸、0.3~0.5mL的水和45~47mL的無水乙醇，使剩余的正硅酸乙酯繼續水解；當SiO2溶膠的濃度達到9~11mol/L時，在室溫下攪拌10~15分鐘后，在溫度為40℃~60℃下老化SiO2溶膠2~4小時；然后再加入105~107mL的無水乙醇進行稀釋得到試劑；向得到的試劑中加入十六烷基三甲基溴化銨，使十六烷基三甲基溴化銨在試劑中的質量分數含量為1.5%~3.5%，充分攪拌，得到含有粒徑為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子和十六烷基三甲基溴化銨的分散液；(2)采用浸漬提拉法，將清洗干凈的玻璃片浸入到步驟（1）制備得到的含有粒徑為3~4nm的SiO2實心球型納米粒子和十六烷基三甲基溴化銨的分散液中，然后將玻璃片從所述的分散液中提拉出來，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結構的增透涂層；(3)將步驟（2）制備得到的表面具有粗糙結構的增透涂層的玻璃片放在溫度為40~70℃的烤片機上烘烤30~90秒進行預固化處理；(4)將步驟（3）預固化處理后得到的表面具有粗糙結構的增透涂層的玻璃片放入溫度為600~800℃的馬弗爐中進行淬火100~300秒以除去十六烷基三甲基溴化銨，在玻璃片的表面得到超親水增透涂層。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：賀軍輝，張志暉，
申請(專利權)人：中國科學院理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：