CN101531469A

CN101531469A - 一种透明疏水氧化铝薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN101531469A
Application number: CN200910097387A
Authority: CN
Inventors: 杨辉; 张玲洁; 郭兴忠; 沈建超; 林志建; 吴梦怡
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: CN101531469B

Abstract

本发明公开了一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)将异丙醇铝与水按照1∶60～1∶110的重量比混合，调节pH值至2～4，在60～100℃水浴中水解6～12小时，得氧化铝溶胶；2)将基体浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在基体表面成膜，得带膜基体；所述膜的厚度为5～15μm；3)先将带膜基体在300～500℃高温炉中热处理15～60分钟，然后再浸没在温度为80～100℃去离子水中处理10～60分钟；得处理后带膜基体；4)待处理后带膜基体干燥后，在其表面涂覆表面活性剂，得透明疏水氧化铝薄膜。采用该方法制得的透明疏水氧化铝薄膜具有良好的疏水性和透光性。

Description

一种透明疏水氧化铝薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝薄膜，尤其是透明度高且具有疏水性的氧化铝薄膜及其制备方法。

背景技术

随着人们对材料性能要求的不断提高，具有疏水性能的材料研究成为近年来新的热点。疏水性透明涂层材料具有较低的表面自由能，因而具有许多独特的表面性能，如自洁性、防污性、疏水疏油性等，在国防、工农业生产和日常生活等许多领域有着广泛和重要的研究及应用价值。将此类材料用于玻璃表面制成自洁性玻璃，可以作为汽车、飞机、航天器等的挡风玻璃，不仅可以减少空气中灰尘等污染物的污染，还能够使其在高湿度环境或雨天保持相对透明度，大大改善人们在雨天夜间行驶过程中视野，提高驾驶的安全性。再如，若将这种透明的超疏水性涂层用于高层建筑物的窗玻璃和幕墙，玻璃表面的污染物可以借助雨水的作用带走，减少高层建筑玻璃清洗的次数，避免清洗玻璃高空作业的危险。另外，这种自洁性涂层由于具有较低的表面自由能，能够阻止或减少水汽、冰雪以及其他污染物在固体表面的附着，在航空、航天等领域也具有重要的应用价值。

材料表面的润湿性能取决于材料表面的化学组成和表面形貌。降低材料的表面自由能和增加材料表面的微观粗糙度是提高材料表面疏水性的重要途径。Al₂O₃薄膜具有机械强度高、耐磨、抗划伤及透光性好等优良的物理性能，对玻璃等底材具有很强的结合力，是一种很有前途的透明疏水性涂层。在具有特殊结构和表面粗糙度的Al₂O₃薄膜表面涂覆一层硅氧烷、氟硅烷有机物，能够获得低表面能化学成分的疏水基团，将两部分结合起来可以很好的实现薄膜的疏水特性。

目前，公知的氧化铝疏水薄膜主要以多孔氧化铝膜为基材，利用化学腐蚀方法，在多孔氧化铝膜表面构建一种特殊的粗糙结构，这些在公开号为CN1706881和公开号为CN1706992的两个专利中均有涉及。而这种多孔氧化铝膜的制备多是采用阳极氧化，离子轰击等技术制备，这类方法工艺相对复杂，成本较高，化学腐蚀法的应用也使得薄膜基体范围受到限制，只能选用高分子、经过抗腐蚀处理的钢板等部分材料作为基体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，采用该方法制得的透明疏水氧化铝薄膜具有良好的疏水性和透光性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，以异丙醇铝为主要原料，包括以下步骤：

1)、将异丙醇铝与水按照1：60～1：110的重量比混合，调节pH值至2～4，在60～100℃水浴中水解6～12小时，得氧化铝溶胶；

2)、将基体浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在基体表面成膜，得带膜基体；所述膜的厚度为5～15μm(指的是每层膜的厚度)；

3)、先将带膜基体在300～500℃高温炉中热处理15～60分钟，然后再浸没在温度为80～100℃去离子水中处理10～60分钟；得处理后带膜基体；

4)、待处理后带膜基体干燥后，在其表面涂覆表面活性剂，得透明疏水氧化铝薄膜。

作为本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法的改进：步骤3)中的表面活性剂为高分子类具有疏水性的表面活性剂，例如为十八烷基硫醇、或十三氟辛基三甲氧基硅烷。

作为本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法的进一步改进：步骤2)中的基体为玻璃，玻璃的厚度为2～3mm。

作为本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法的进一步改进：步骤1)中采用乙酸或硝酸调节pH值。

作为本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法的进一步改进，步骤4)为：在处理后带膜基体的单侧表面或正反双侧表面涂覆5～10μm厚的表面活性剂。

作为本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法的进一步改进，步骤4)中的干燥为：将处理后带膜基体于60～100℃烘干10～40分钟。

本发明还同时提供了按照上述方法制备而得的透明疏水氧化铝薄膜。

在本发明中，玻璃可选用一般的建筑用玻璃。

本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法制备工艺简单，所选用的原材料成本低廉，能以常规玻璃作为基体。采用本发明方法制备而得的透明疏水氧化铝薄膜，经测试，其透光率可达90％以上，对水的静态接触角可达到120度以上；而相应的氧化铝滑膜对水的静态接触角仅为20～40度；因此本发明的透明疏水氧化铝薄膜的疏水性能有显著提高。

公开号为CN1706881的疏水性高分子复合薄膜，由于其工艺的特点只能选用高分子、经过抗腐蚀处理的钢板等部分材料作为基体，即该专利的处理膜结构采用化学腐蚀法从而限制了膜基体的应用；因此无法保证透光率。公开号为CN1706881和公开号为CN1706992的专利，其给出的制备氧化铝膜的工艺过于复杂，不适于规模化生产。

综上所述，本发明的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法具有工艺简单和成本低廉的优点，采用本发明方法制得的透明疏水氧化铝薄膜，具有透光率高和疏水性佳的特点。

具体实施方式

实施例1、一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，以异丙醇铝为前驱体，依次进行以下步骤：

1)、将异丙醇铝与水按照1：80的重量比混合，用硝酸调PH值至2.5，在80℃水浴中水解9小时，得氧化铝溶胶；

2)、将2mm厚的玻璃浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在玻璃的两侧表面均成膜，得带膜基体；每层膜的厚度均为10μm；

3)、先将所得的带膜基体在300℃高温炉中热处理60分钟，然后再浸没在温度为100℃去离子水中处理20分钟；得处理后带膜基体；

4)、将上述处理后带膜基体在100℃烘干10分钟后，在其两侧表面均涂覆一层厚为8μm的十三氟辛基三甲氧基硅烷，得透明疏水氧化铝薄膜。

此薄膜透光率可达90％以上，对水的静态接触角可达到120度以上。

实施例2、一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，以异丙醇铝为前驱体，依次进行以下步骤：

1)、将异丙醇铝与水按照1：100的重量比混合，用硝酸调PH值至3.5，在60℃水浴中水解12小时，得氧化铝溶胶；

2)、将2mm厚的玻璃浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在玻璃的两侧表面均成膜，得带膜基体；每层膜的厚度均为5μm；

3)、先将所得的带膜基体在400℃高温炉中热处理45分钟，然后再浸没在温度为80℃去离子水中处理50分钟；得处理后带膜基体；

4)、将上述处理后带膜基体在60℃烘干30分钟后，在其两侧表面均涂覆一层厚为5μm的十八烷基硫醇，得透明疏水氧化铝薄膜。

实施例3、一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，以异丙醇铝为前驱体，依次进行以下步骤：

1)、将异丙醇铝与水按照1：90的重量比混合，用乙酸调PH值至3.0，在90℃水浴中水解10小时，得氧化铝溶胶；

2)、将2.7mm厚的玻璃浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在玻璃的两侧表面均成膜，得带膜基体；每层膜的厚度均为15μm；

3)、先将所得的带膜基体在500℃高温炉中热处理15分钟，然后再浸没在温度为90℃去离子水中处理40分钟；得处理后带膜基体；

4)、将上述处理后带膜基体在80℃烘干40分钟后，在其单侧表面涂覆一层厚为10μm的十八烷基硫醇，得透明疏水氧化铝薄膜。

此薄膜透光率可达90％以上，该侧表面(指涂覆了十八烷基硫醇的面)对水的静态接触角可达到120度以上。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1、一种透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是以异丙醇铝为主要原料，包括以下步骤：

2)、将基体浸入上述氧化铝溶胶中，采用浸渍提拉法在基体表面成膜，得带膜基体；所述膜的厚度为5～15μm；

2、根据权利要求1所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是：所述步骤3)中的表面活性剂为高分子类具有疏水性的表面活性剂。

3、根据权利要求2所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是：所述高分子类具有疏水性的表面活性剂为十八烷基硫醇、或十三氟辛基三甲氧基硅烷。

4、根据权利要求2或3所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是：所述步骤2)中的基体为玻璃。

5、根据权利要求4所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是：所述玻璃的厚度为2～3mm。

6、根据权利要求5所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是所述步骤4)为：在处理后带膜基体的单侧表面或正反双侧表面涂覆5～10μm厚的表面活性剂。

7、根据权利要求6所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是：所述步骤1)中采用乙酸或硝酸调节pH值。

8、根据权利要求7所述的透明疏水氧化铝薄膜的制备方法，其特征是所述步骤4)中的干燥为：将处理后带膜基体于60～100℃烘干10～40分钟。

9、如权利要求1～8中任意一种方法制备而得的透明疏水氧化铝薄膜。