CN102219391B - 在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 - Google Patents
在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102219391B CN102219391B CN 201110075128 CN201110075128A CN102219391B CN 102219391 B CN102219391 B CN 102219391B CN 201110075128 CN201110075128 CN 201110075128 CN 201110075128 A CN201110075128 A CN 201110075128A CN 102219391 B CN102219391 B CN 102219391B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- octamethylcyclotetrasiloxane
- glass
- super
- minutes
- tetraethoxy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明提供在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法。根据形成超疏水涂层所要求的两个条件，在形成超疏水结构，也就是形成微纳米复合结构方面做了改进，利用玻璃微珠的微米级尺寸加上正硅酸乙酯短时间水解形成的纳米级尺寸粒子进行有效复合，再加上硅烷偶联剂的加入，有助于玻璃微珠与基体的粘结性，所以通过一定量和一定尺寸的玻璃微珠和正硅酸乙酯的复合后，再加入含有八甲基环四硅氧烷开环产物这种物质对玻璃微珠表面进行修饰，可以得到具有微纳米复合结构的超疏水涂层，而使用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷对玻璃微珠表面进行修饰，同样可以得到的超疏水涂层。此种工艺简单，且能很好的重复，过程可控，所以是得到超疏水涂层比较有效的方法。
Description
技术领域
本发明涉及超疏水涂层的制备领域，特别涉及在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法。
背景技术
超疏水表面一般是指固体表面与水的接触角大于150o，前进接触角与后退接触角的差值小于5o的表面。由于超疏水表面与水滴的接触面积非常小，水滴极易从表面滚落，因此，超疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防水、防雾、防霉、防雪、防霜冻、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服装纺织、液体输送、生物医学、日用品与包装、交通运输工具以及微量分析等领域都具有广泛的应用前景。
目前制备超疏水的方法和途径有刻蚀法、相分离法、模板法、机械拉伸法、电纺丝法、自组装法、溶胶凝胶法、等离子处理法、气相沉积法、电化学法。
McCarthy小组报道利用光刻蚀的方法制备出一系列具有不同尺寸及图案阵列结构的硅表面(Oner D, McCarthy T J. Ultrahydrophobic surfaces effects of topography length scales on wettability[J]. Langmuir, 2000, 16(20): 7777-7782.)，然后利用硅烷化试剂进行疏水处理即可得到超疏水表面。Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层聚苯乙烯(PS)纳米珠阵列(Shiu J, Kuo C, Chen P, et al. Fabrication of tunable superhydrophobic surfaces by nanosphere lithography[J]. Chem Mater, 2004, 16(4): 561-564.)，再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到粗糙表面。在其表面覆盖20nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)进行修饰可以增强其疏水性。通过调整PS纳米珠的直径(440～190nm)可以控制表面接触角的大小(132o～168o)。
Erbil等首次以等规聚丙烯为成膜物质(Erbil H Y., Demirel A L., Avci Y., Mert O., Transformation of a simple plastic into a superhydrophobic surface, Science, 2003, 299: 1377-1380.)，利用相分离的方法通过控制体系的溶剂、沉淀剂和成膜温度制备得到了具有类似荷叶表面的多孔结构的超疏水表面，该表面上水的接触角可达160o。徐坚等通过分子设计(Zhao N., Xie Q D., Xu J., et al., Superhydrophobic surface from vapor-induced phase separation of copolymer micellar solution, Macromolecules, 2005, 38, 8996-8999.)，以含低表面能的嵌段聚苯乙烯-b-聚二甲基硅氧烷(PS-b-PDMS)作为成膜物质，通过水蒸气诱导该嵌段聚合物的胶束溶液进行相分离，一步实现了形成表面粗糙度和对表面进行低表面能修饰的目的，得到了超疏水嵌段共聚物表面。
Lee等以多孔氧化铝为模板(Lee W., Jin M K., Yoo W C., Lee J K., Nanostructuring of a polymeric substrate with welldefined nanometer-scale topography and tailored surface wettability, Langmuir, 2004, 20, 7665-7669.)，通过热压法制备得到了疏水性的聚苯乙烯(PS)纳米纤维阵列。通过改变实验用模板的形貌和尺寸，可以控制PS纳米纤维的表面结构和表面粗糙度，从而实现了对表面疏水性能的调控。
韩艳春等(Zhang J L., Li J., Han Y C., Superhydrophobic PTFE surfaces by extension, Macromol. Rapid. Commun., 2004, 25, 1105.)利用机械力轴向拉伸聚四氟乙烯(PTFE)膜来改变纤维晶体密度；薄膜表面的粗糙度随着拉伸率的增大而增大，当拉伸率为190%时，得到了具有165o接触角的超疏水表面。
江雷等以聚苯乙烯为原料(Jiang L., Zhao Y., Zhai J., A lotus-leaf-like superhydroph- obic surface: a porous microsphere/nano fiber composite film prepared by electrohydrodynamics, Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 4338-4341.)，通过电纺丝的方法制备出一种具有多孔微球与纳米纤维复合结构的超疏水薄膜。Singh等(Singh A., Steely L., Allcock H. R., Poly[bis(2,2,2-trifluoroethoxy)phosphazene] superhydro- phobic nanofibers, Langmuir, 2005, 21, 11604-11607.)用电纺丝的方法制备了含氟聚磷氮烯的超疏水无纺垫，无纺垫的超疏水性主要归因于其自身具有的粗糙结构和氟原子在表面富集的共同作用。
Schlenoff等以含氟电解质和棒状黏土为材料(Schlenoff J B., Jisr R M., Rmaile H H., Hydrophobic and ultrahydrophobic multilayer thin films from perfluorinated polyelectrolytes, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44: 782-785.)，利用层层自组装技术制备了复合超疏水表面。在自组装过程中棒状黏土发生聚集，形成具有微米尺度的聚集体镀在材料表面形成一定的粗糙度，并在低表面能的含氟聚电解质的共同作用下，使得材料宏观上呈现出超疏水性能。
Hikita等在制备的溶胶-凝胶过程中加入了氟硅烷(Hikita M., Tanaka K., Naka- mura T., et al., Super-liquid-repellent surfaces prepared by colloidal silica nanoparticles covered with fluoroalkyl Groups, Langmuir, 2005, 21, 7299-7302.)，得到了疏水改性的硅溶胶。这种改性后的凝胶在基底上干燥成膜后即得到超疏水表面，这种表面还具有超疏油的性能。Cho等(Han J T., Lee D H., Ryu C Y., Cho K., Fabrication of superhydrophobic surface from a sup- ramolecular organosilane with quadruple hydrogen bonding, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 4796-4797.)在室温条件下通过溶胶-凝胶法使用带有四个氢键的超分子有机硅和低分子量PDMS构造出超疏水表面。Rao等(Rao A V., Kulkarni M M., Amalnerkar D P., Seth T., Superhydrophobic silica aerogels based on methyltrimethoxysilane precursor, J. Non-Cryst. Solids., 2003, 330, 187-195.)以甲基三甲氧基硅烷为前驱物，氨水为催化剂制得表面具有微结构的超疏水硅气凝胶。
McCarthy等(Youngblood J P, McCarthy T J. Ultrahydrophobic polymer surfaces prepared by simuhaneo- us ablation of polypropylene and sputtering of poly(Tetrafluoroethylene) using radio frequency plasma[J]. Macromolecules, 1999, 32(20): 6 800-6 806.)利用等离子体聚合的方法，在光滑的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面上制备出了2，2，3，3，4，4，4－七氟丙烯酸酯(HFBA)超疏水薄膜；他们还在聚四氟乙烯( PTFE)存在下，用射频等离子体刻蚀聚丙烯(PP)制备出粗糙表面。
Lau等利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备碳纳米管森林(Lau K K S, Bico J, Teo K B K, et a1. Superhydrophobic carbon nanotube forests[J]. Nano Lett, 2003, 3(12): 1701-1705.)，再利用热丝化学气相沉积(HFCVD)在碳管表面修饰聚四氟乙烯(PTFE)，可以得到稳定的超疏水表面。Hozumi等(Hozumi A, Takai O. Preparation of ulna water-repellent films by microwave plasma-enhan- ced CVD[J]. Thin Solid Films, 1997, 303(1-2): 222-225.)人利用微波等离子体增强化学气相沉积(MWPECVD)法，制备了由四甲基硅烷(TMS)和氟硅烷(FAS-17)的混合物沉积生成的超疏水薄膜，与水的接触角随着反应物总压力的增加而增大，最大可以达到160o。
江雷小组(Li M, Zhai J, Liu H, Jiang L, et a1. Electrochemical deposition of conductive superhydroph- obic zinc oxide thin films[J]. J Phys Chem B, 2003, 107(37): 9954-9957.)利用电位电化学沉积法在导电玻璃ITO上制备了具有粗糙结构的ZnO薄膜，未经修饰时具有疏水性，与水的接触角为128.3o。该表面经过低表面能物质氟硅烷修饰后具有超疏水性，与水的接触角为152.0o。
在上述各种方法中，目前溶胶凝胶法是制备超疏水涂层比较常见的方法，然而其制备过程中溶胶粒子的形成受很多因素的影响，粒径很难控制；而其它方法工艺复杂，使用的原料氟硅烷价格较贵，且实施工艺不适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种在玻璃基体上制备超疏水涂层的方法。本发明是一种更加易于操作的工艺方法，解决目前溶胶凝胶法粒径难控制的问题，原料价格昂贵，及工艺复杂不适合工业化生产的问题。
制备超疏水涂层可能性的关键因素：决定液体在涂层表面接触角大小的因素有液滴自身的表面张力和涂层固体的表面张力，液滴在涂层表面受到三个方向的表面张力的作用，分别是气-液表面张力γl ，固-液表面张力γsl，气-固表面张力γs。这三个表面张力的合力决定了液滴在固体表面的接触角θ，Young's方程很好的说明了这三个力的关系： γs ＝γsl ＋ γl cosθ，所以要在涂层表面修饰低表面能的物质八甲基环四硅氧烷开环聚合产物聚二甲基硅氧烷。根据制备超疏水表面两个途径：一是在低表面能物质上构造微纳米复合结构；二是在微纳米复合结构上修饰低表面能物质。引入玻璃微珠并在其表面用正硅酸乙酯修饰，来达到所需要的微纳米复合结构，这其中玻璃微珠的尺寸对形成超疏水表面是一个重要的影响因素，玻璃微珠在基体单位面积上喷涂量、正硅酸乙酯的加入含量、水解反应时间、低表面能物质的加入量都可能是影响超疏水涂层疏水性能的影响因素。
本发明是按照如下的技术方案来实现的：
在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法，在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，KOH粒片所用质量为八甲基环四硅氧烷质量的0.5%~2%，反应4~8小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；在另一容器中加入乙醇溶剂后加入空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入正硅酸乙酯搅拌，混合30~90分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物，它们之间质量比例为乙醇：空心玻璃微珠：正硅酸乙酯：含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物=(70~80)：1：(0.8~1.5)：(1.2~2)，然后进行搅拌，搅拌时间30~90分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上。
上述的在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法中，所述反应4~8小时后，再加入质量为八甲基环四硅氧烷质量3%~10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反应时间1~2小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物。
上述的在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法中，玻璃微珠的尺寸为微米级。
上述的在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法中，玻璃微珠的粒子尺寸为150目、250目或 280目。
上述的在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法，所述喷涂过程中，喷枪与玻璃片距离在20~35厘米，喷出物呈雾状，流量控制在小于等于2.7ml/分钟。
上述的在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法中，在容器中加入乙醇溶剂后加入空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入正硅酸乙酯搅拌，混合30~90分钟后，加入十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，它们之间质量比例为乙醇：空心玻璃微珠：正硅酸乙酯：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷=(70~80)：1：(0.8~1.5)：(1.2~2)，然后进行搅拌，搅拌时间30~90分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上。
本发明根据超疏水表面结构理论，制备具有类似“荷叶结构”的微纳米复合结构，控制微米粒子与粒子间的距离，当玻璃微珠之间的距离小到一定程度时，得到涂层的静态接触角大于150o，实现超疏水涂层的制备。
利用微米级尺寸的玻璃微珠在基体表面形成微纳米复合结构时，有利于形成粒子尺寸可控的微米层，在微米层的玻璃微珠表面再利用正硅酸乙酯的水解，附着在玻璃微珠表面，这种正硅酸乙酯的水解，在没有催化剂的情况下，不会形成微米级的粒子，而是形成纳米级粒子，这样正硅酸乙酯转化成纳米粒子附着在微米级尺寸的玻璃微珠表面，于是在微观上形成了我们所需要的形成超疏水的结构，也就是微纳米复合结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和技术效果：本发明区别与最接近的现有技术的技术特征是用玻璃微珠形成微纳米复合结构的微米层，与溶胶凝胶法相比，形成的微米级粒子尺寸可控，而与其它制备方法相比，此种方法工艺简单，制备方便，低成本。正硅酸乙酯不用酸碱催化，在搅拌过程中可形成纳米尺寸的粒子附着于玻璃微珠表面。而发明中使用的八甲基环四硅氧烷，与其它制法使用的氟硅烷相比价格便宜。在取得的效果上，形成的涂层其静态水接触角达到150 o以上，滚动角小于10 o。
本发明在实施工艺上，特别是运用喷枪喷涂时，需要控制涂层表面的粗超度，所以喷涂时需要控制喷涂的流量和喷涂的距离，以实现制备超疏水涂层的目的。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
实例一：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为2g，KOH粒片所用质量为0.04g，反应4小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入4ml乙醇溶剂后加入0.04g的粒子尺寸为250目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入0.032g正硅酸乙酯搅拌，混合30分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物0.048g，然后进行搅拌，搅拌时间30分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例二：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为2g，KOH粒片所用质量为0.01g，反应5小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入4ml乙醇溶剂后加入0.04g的粒子尺寸为150目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入0.06g正硅酸乙酯搅拌，混合50分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物0.06g，然后进行搅拌，搅拌时间45分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例三：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为200g，KOH粒片所用质量为2g，反应8小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入400ml乙醇溶剂后加入4g的粒子尺寸为280目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入6g正硅酸乙酯搅拌，混合90分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物4.8g，然后进行搅拌，搅拌时间90分钟，即可取4ml喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例一、二、三，所测得的涂层静态接触角最大为151.3°,滚动角小于10°。
实例四：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为2g，KOH粒片所用质量为0.04g，反应4小时，再加入质量为0.06g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反应时间1小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入4ml乙醇溶剂后加入0.04g的粒子尺寸为250目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入0.032g正硅酸乙酯搅拌，混合30分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物0.048g，然后进行搅拌，搅拌时间30分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。如果玻璃微珠粒子间距离偏大，则静态水接触角不会大于150o，可以加大喷涂量，缩小粒子间的距离。
实例五：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为2g，KOH粒片所用质量为0.04g，反应4小时，再加入质量为0.2g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反应时间1.5小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入4ml乙醇溶剂后加入0.04g的粒子尺寸为150目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入0.032g正硅酸乙酯搅拌，混合30分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物0.048g，然后进行搅拌，搅拌时间30分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例六：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。2.在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH粒片进行开环聚合反应，八甲基环四硅氧烷所用质量为200g，KOH粒片所用质量为2g，反应8小时，再加入质量为8g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反应时间2小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；3.在另一容器中加入400ml乙醇溶剂后加入4g的粒子尺寸为280目的空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入6g正硅酸乙酯搅拌，混合90分钟后，加入称量瓶中配制好的含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物4.8g，然后进行搅拌，搅拌时间90分钟，即可取4ml喷涂到干净的玻璃基片上，喷涂时喷枪距离玻璃片20~24cm，流量控制在小于2.7ml/分钟。4.喷涂完毕后，将玻璃片平放晾干，24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例四、五、六，测得涂层表面的静态水滴接触角最大为155.7°，涂层表面水滴滚动角5±1°。硅烷偶联剂的加入增加了粒子间作用力以及与玻璃基片的作用力，使涂层更好的支撑水滴。
实例七：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。 2.用5ml的小烧杯取4ml乙醇，称取0.04g的尺寸为250目的空心玻璃微珠，将玻璃微珠搅拌使其分散均匀。然后加入0.032g的正硅酸乙酯搅拌，混合30分钟后，加入0.048g的十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，然后进行搅拌，搅拌时间30分钟。3.将烧杯中的混合物质加入到喷枪中，调整喷出的量和喷枪与玻璃片的距离，喷枪距离玻璃片20~24cm即可，均匀的将混合物喷涂在玻璃片上。4.将玻璃片平放晾干或放在60℃烘箱中烘干。5.大约24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例八：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。 2.用50ml的烧杯取40ml乙醇，称取0.4g的尺寸为150目的空心玻璃微珠，将玻璃微珠搅拌使其分散均匀。然后加入0.32g的正硅酸乙酯搅拌，混合60分钟后，加入0. 8g的十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，然后进行搅拌，搅拌时间60分钟。3.从烧杯中取4ml混合物质加入到喷枪中，喷涂到玻璃片上，调整喷出的量和喷枪与玻璃片的距离，喷枪距离玻璃片20~24cm即可，均匀的将混合物喷涂在玻璃片上。4.将玻璃片平放晾干或放在60℃烘箱中烘干。5.大约24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例九：
1.洗净玻璃片，玻璃片的尺寸为75.5×25.4mm。 2.向容器中加入400ml乙醇，称取4g的尺寸为280目的空心玻璃微珠，将玻璃微珠搅拌使其分散均匀。然后加入3.2g的正硅酸乙酯搅拌，混合90分钟后，加入6g的十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，然后进行搅拌，搅拌时间90分钟。3.从烧杯中取4ml混合物质加入到喷枪中，喷涂到玻璃片上，调整喷出的量和喷枪与玻璃片的距离，喷枪距离玻璃片20~24cm即可，均匀的将混合物喷涂在玻璃片上。4.将玻璃片平放晾干或放在60℃烘箱中烘干。5.大约24小时后用接触角测定仪测定玻璃片涂层的静态水接触角。
实例七、八、九选用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷作为玻璃微珠改性剂，实施方便，十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷水解后含有硅羟基。测得其水滴静态接触角最大达到154.2°，滚动角小于10°。
表1是本文中玻璃微珠的规格和尺寸表
| 玻璃微珠规格 | 空心玻璃微珠 | 空心玻璃微珠 | 空心玻璃微珠 |
| 尺寸 | 150目 | 250目 | 280目 |
以上实例说明玻璃微珠经过低表面能物质修饰后均能形成超疏水涂层，不论低表面能物质是八甲基环四硅氧烷开环产物还是十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，可见形成超疏水表面的关键是形成超疏水所需的粗糙结构，本发明中玻璃微珠在涂层中形成有效的粗糙度，微米级玻璃微珠粒子经过表面修饰后便形成了静态接触角超过150°的表面。而使用八甲基环四硅氧烷开环产物作为低表面能物质可降低原材料成本，和含氟原子的低表面能物质相比，这种有机硅作为低表面能物质不仅能达到形成超疏水的要求，而且价格便宜，更适合推广和使用。
本发明实现了在玻璃基体上形成超疏水表面。以上实例均能在接触角上达到150°以上，滚动角小于10°，且操作简单方便，反应温度为常温20~25℃。
本发明可以得到稳定尺寸的微米级粒子，具有稳定性。在形成超疏水微纳米复合结构上，粒子间距离可以通过加大喷涂量来调节，具有可控性。
Claims (4)
1.在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法，其特征是在称量瓶中加入八甲基环四硅氧烷及KOH进行开环聚合反应，KOH用量为八甲基环四硅氧烷质量的0.5%~2%，反应4~8小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物；在另一容器中加入乙醇溶剂后加入空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入正硅酸乙酯搅拌，混合30~90分钟后，加入称量瓶中配制好的所述含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物，它们之间质量比例为乙醇：空心玻璃微珠：正硅酸乙酯：含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物=(70~80)：1：(0.8~1.5)：(1.2~2)，然后进行搅拌，搅拌时间30~90分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上；所述喷涂过程中，喷枪与玻璃片距离在20~35厘米，喷出物呈雾状，流量控制在小于或等于2.7ml/分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述反应4~8小时后，再加入质量为八甲基环四硅氧烷质量3%~10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，反应时间1~2小时，此时八甲基环四硅氧烷没有反应完全，形成的是含有八甲基环四硅氧烷开环产物的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于玻璃微珠的粒子大小为150目、250目或 280目。
4.在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法，其特征是在容器中加入乙醇溶剂后加入空心玻璃微珠搅拌，搅拌使其分散均匀，然后加入正硅酸乙酯搅拌，混合30~90分钟后，加入十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，它们之间质量比例为乙醇：空心玻璃微珠：正硅酸乙酯：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷=(70~80)：1：(0.8~1.5)：(1.2~2)，然后进行搅拌，搅拌时间30~90分钟，即可喷涂到干净的玻璃基片上；所述喷涂过程中，喷枪与玻璃片距离在20~35厘米，喷出物呈雾状，流量控制在小于或等于2.7ml/分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110075128 CN102219391B (zh) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110075128 CN102219391B (zh) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102219391A CN102219391A (zh) | 2011-10-19 |
| CN102219391B true CN102219391B (zh) | 2013-10-30 |
Family
ID=44776134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110075128 Active CN102219391B (zh) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102219391B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021011409A1 (en) * | 2019-07-12 | 2021-01-21 | Nitto Denko Corporation | Functional coatings comprising microbeads and nanofibers |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102643606B (zh) * | 2012-05-10 | 2014-07-02 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 憎水修饰剂及其制备方法、憎水玻璃及其制备方法 |
| CN104672962B (zh) * | 2015-03-22 | 2016-11-16 | 河北工业大学 | 一种无机物超疏水涂料及其应用 |
| CN104878379B (zh) * | 2015-04-30 | 2017-07-14 | 重庆大学 | 一种金属自清洁、耐磨损表面处理液及制备方法及其应用 |
| CN104829641B (zh) * | 2015-05-12 | 2018-01-19 | 傅筠 | 一种含氟有机硅单体及其制备方法 |
| CN106746747A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 安徽凯盛基础材料科技有限公司 | 一种超疏水空心玻璃微珠的制备方法 |
| CN108049236B (zh) * | 2017-12-14 | 2020-09-29 | 中物院成都科学技术发展中心 | 一种组装型超疏水涂层及其制备方法 |
| CN109679456A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-26 | 深圳市欧科力科技有限公司 | 集装箱用高效隔热防腐面漆的制备方法 |
| CN114539868A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-27 | 南宁程润金交通设备有限公司 | 一种高性能热熔型路标涂料及其制备方法 |
| CN115926495B (zh) * | 2022-11-07 | 2024-02-02 | 湖北大学 | 一种被动降温超疏水粉末、材料的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5846550A (en) * | 1995-05-30 | 1998-12-08 | L'oreal | Composition in the form of an anhydrous gel with a wax-free fatty phase, containing an organomodified clay, expanded thermoplastic hollow particles and a pyrogenous silica, and its uses in topical application |
| US5925469A (en) * | 1997-12-18 | 1999-07-20 | Dow Corning Corporation | Organopolysiloxane emulsions |
| CN101544868A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-09-30 | 厦门大学 | 氟硅自清洁涂料及其制备方法 |
| CN101781083A (zh) * | 2009-12-21 | 2010-07-21 | 浙江通达实业有限公司 | 憎水空心玻璃微珠制备方法和所制备的憎水空心玻璃微珠 |
-
2011
- 2011-03-28 CN CN 201110075128 patent/CN102219391B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5846550A (en) * | 1995-05-30 | 1998-12-08 | L'oreal | Composition in the form of an anhydrous gel with a wax-free fatty phase, containing an organomodified clay, expanded thermoplastic hollow particles and a pyrogenous silica, and its uses in topical application |
| US5925469A (en) * | 1997-12-18 | 1999-07-20 | Dow Corning Corporation | Organopolysiloxane emulsions |
| CN101544868A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-09-30 | 厦门大学 | 氟硅自清洁涂料及其制备方法 |
| CN101781083A (zh) * | 2009-12-21 | 2010-07-21 | 浙江通达实业有限公司 | 憎水空心玻璃微珠制备方法和所制备的憎水空心玻璃微珠 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021011409A1 (en) * | 2019-07-12 | 2021-01-21 | Nitto Denko Corporation | Functional coatings comprising microbeads and nanofibers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102219391A (zh) | 2011-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102219391B (zh) | 在玻璃基体上形成超疏水涂层的方法 | |
| Yu et al. | Facile preparation of durable superhydrophobic coating with self-cleaning property | |
| Cho et al. | Robust multifunctional superhydrophobic coatings with enhanced water/oil separation, self-cleaning, anti-corrosion, and anti-biological adhesion | |
| Wang et al. | One-step synthesis of unique silica particles for the fabrication of bionic and stably superhydrophobic coatings on wood surface | |
| Sahoo et al. | Recent progress in fabrication and characterisation of hierarchical biomimetic superhydrophobic structures | |
| Wong et al. | Ultra-durable and transparent self-cleaning surfaces by large-scale self-assembly of hierarchical interpenetrated polymer networks | |
| Zhang et al. | High-adhesive superhydrophobic litchi-like coatings fabricated by in-situ growth of nano-silica on polyethersulfone surface | |
| Mahadik et al. | Surface morphological and topographical analysis of multifunctional superhydrophobic sol-gel coatings | |
| Zheng et al. | Superhydrophobic poly (vinylidene fluoride) film fabricated by alkali treatment enhancing chemical bath deposition | |
| Wang et al. | Fabrication of superhydrophobic surface of hierarchical ZnO thin films by using stearic acid | |
| Matsubayashi et al. | Integrated anti-icing property of super-repellency and electrothermogenesis exhibited by PEDOT: PSS/cyanoacrylate composite nanoparticles | |
| CN106118422B (zh) | 纳米SiO2复合聚硅氧烷改性水性萜烯基EP/PU超疏水自清洁聚合物及其制备方法 | |
| Janowicz et al. | Fluorine-free transparent superhydrophobic nanocomposite coatings from mesoporous silica | |
| CN102807803A (zh) | 一种有机无机复合超疏水涂层的制备方法 | |
| Teng et al. | Facile preparation of economical, eco-friendly superhydrophobic surface on paper substrate with excellent mechanical durability | |
| CN105131780A (zh) | 含poss嵌段丙烯酸酯共聚物超疏水涂层及其制备方法 | |
| Wang et al. | Superhydrophobic nanocoatings prepared by a novel vacuum cold spray process | |
| Lei et al. | Fabrication of durable superhydrophobic coatings with hierarchical structure on inorganic radome materials | |
| Huang et al. | Facile fabrication of superhydrophobic coatings based on two silica sols | |
| Terpiłowski et al. | Wettability of modified silica layers deposited on glass support activated by plasma | |
| Sukamanchi et al. | Durable superhydrophobic particles mimicking leafhopper surface: superoleophilicity and very low surface energy | |
| Wu et al. | Facile construction of robust super-hydrophobic coating for urea-formaldehyde foam: Durable hydrophobicity and Self-cleaning ability | |
| Ramezani et al. | The influence of the hydrophobic agent, catalyst, solvent and water content on the wetting properties of the silica films prepared by one-step sol–gel method | |
| Kumar et al. | Poly (1, 6-heptadiyne)/ABS functionalized microfibers for hydrophobic applications | |
| Simon et al. | Hierarchical electrospun super-hydrophobic nanocomposites of fluoroelastomer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |