CN103524053B - 一种透明超疏水涂层的制备方法 - Google Patents

一种透明超疏水涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103524053B
CN103524053B CN201210226937.1A CN201210226937A CN103524053B CN 103524053 B CN103524053 B CN 103524053B CN 201210226937 A CN201210226937 A CN 201210226937A CN 103524053 B CN103524053 B CN 103524053B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
preparation
coating
hydrophobic
pure water
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
Application number
CN201210226937.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103524053A (zh
Inventor
郭志光
陈钰
石雷
李静
刘维民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201210226937.1A priority Critical patent/CN103524053B/zh
Publication of CN103524053A publication Critical patent/CN103524053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103524053B publication Critical patent/CN103524053B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了透明超疏水涂层的制备方法。本发明包括了基底的处理、核壳结构的制备、微纳米结构的组装，涂层的热处理、疏水物质修饰等步骤。所得涂层表面经过低表面能物质修饰后接触角大于150°，滚动角小于10°，可见光具有良好的透过性，平均透光率在90%。本发明制备工艺简单，原料易得，成本低廉，适合大面积制备，适用于汽车，挡风玻璃，透镜，建筑物的窗玻璃等场合。

Description

一种透明超疏水涂层的制备方法
技术领域
本发明属于透明超疏水涂层制备技术领域，特别涉及一种在玻璃或石英基底上制备透明超疏水涂层的方法。
背景技术
超疏水现象在自然界非常广泛，如荷叶表面、蝴蝶翅膀、水黾腿等。超疏水表面一般指材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的表面性能：疏水、自清洁性、低摩擦系数、抗结冰、防雾等特性，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。透明的超疏水涂层，具有良好的可见光透过性和疏水性，将其应用玻璃表面可以制备出自清洁玻璃，可以作为汽车、飞机、航天器等挡风玻璃，当雨水落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在玻璃上，同时带走玻璃上大量的灰尘，保持其表面清洁，从而保证了雨天驾驶过程中的视野，大大提高了驾驶安全性；如果透明超疏水涂层应用在高层建筑的表面和玻璃上，可以减少清洁次数，降低清洁费用和避免了高空作业的危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、方便的制备大面积透明超疏水涂层的方法，解决透明超疏水表面生产成本高、应用性差的问题。
实现本发明目的的技术方案是：
将透明基底浸泡在无机纳米颗粒溶液中得到自组装涂层，然后采用化学气相沉积的方法进行表面修饰得到接触角大于150°，可见光透过性优异的超疏水涂层。
一种透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于该方法具体步骤为：
a 基底的处理：将基底依次用不同极性大小的溶剂清洗，再经过H2O2和H2SO4的混合溶液处理，使基底的表面带有一层硅羟基；然后将羟基化的基底放入溶有氨丙基三乙氧基硅烷的异丙醇溶剂中，使基底终端氨基化；最后将氨基化的基底放入盐酸中浸泡30 ~60 s，使基底表面带上正电荷；所述的基底为玻璃或石英；
b 核壳结构的制备：将碳球分散在乙醇中，超声15~30 min，往分散液中添加催化剂，再逐滴加入溶有硅酸酯的乙醇，搅拌，最后通过离心分离出沉淀，依次用乙醇，纯净水清洗；所述的催化剂为氨水；
c微纳结构的组装：取核壳结构分散在纯净水中，超声15~30 min配成浓度为0.5 ~2 g/L的无机纳米粒子溶液，再将带有正电荷的基底浸泡在无机纳米粒子溶液中5~15 min，取出后用纯净水清洗，吹干，从而完成微纳结构在基底上的层状组装；
d涂层的热处理：将完成微纳结构层状组装的基底放入马弗炉中在400 ~ 600℃温度下加热1~3 h，除去核壳结构中的碳核，并且提高涂层的稳定性；
e 疏水物质的修饰：将步骤d获得的基底再在60℃~100℃条件下进行化学气相沉淀，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏水自清洁涂层。
本发明所述的用于清洗的不同极性大小的溶剂为丙酮、乙醇或纯净水。
本发明所述的带有负电荷的无机纳米粒子为Carbon/SiO2， 粒径大小在180~230 nm 之间。
本发明所述的硅酸酯为正硅酸四乙酯。
本发明所述的含疏水链的分子为全氟辛基三氯硅烷或全氟癸基三氯硅烷。
与现有技术相比，本发明的有点在于：
工艺简单，原料易得，成本低； 制备的透明超疏水，接触角大于150°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性； 制备的超疏水玻璃，具有良好的可见光透过性，平均可见光透过率高达90%。适用于汽车，挡风玻璃，透镜，建筑物的窗玻璃等场合。
附图说明
图1为实施例1所得涂层表面高/低倍场发射扫描电镜图。
图2为实施例1所得carbon/silica 颗粒的高/低倍透射电镜图。
图3为实施例1所得空心二氧化硅小球的高/低倍透射电镜图。
图4为实施例1所得透明超疏水玻璃接触角和滑动角。
图5为实施例1所得自组装一次透明超疏水玻璃透过率与自组装五次透明超疏水玻璃透过率。
图6为实施例1所得透明超疏水玻璃实物图。
具体实施方式
实施例1
（1）基底的处理：
    将玻璃片依次用乙醇，纯净水分别超声处理10 min，以除去基底表面附着的各种杂质，然后在质量浓度为98%的H2SO4和质量浓度为30%的H2O2(v:v=7:3) 的混合溶液中加热煮沸60 min至无气泡溢出，冷却后用大量纯净水冲洗，再用氮气吹干，待用。再将基底放入0.1 M氨丙基三乙氧基硅烷( 3-AMTS )的异丙醇溶液中80 ℃下浸泡120 min，取出后用大量纯净水冲洗，氮气吹干。最后，将基底放入0.1 M  HCl中浸泡30 s, 取出待用。
（2）核壳结构的制备：
    将0.2 g碳球分散在10 mL乙醇中，超声处理30 min，接着往分散液中加入1mL 氨水，然后将溶有0.3 mL 正硅酸乙酯（TEOS）的3 mL乙醇溶液逐滴加入到上述溶液中。搅拌24 h。离心、乙醇、纯净水清洗，循环数次得到棕黑色沉淀。所得核壳结构如图2所示。
（3）微纳结构的组装：
    将0.15 g上述溶液分散在100 mL纯净水中。将处理后的基底浸泡在溶液中5~15 min, 然后以1 mm/s 的速度从溶液中取出样品，用纯净水清洗。
（4）涂层的热处理：
    将步骤（3）中得到的基底放入马弗炉中500 ℃煅烧两小时。所得空心球如图3所示。
（5）疏水物质修饰：
    将步骤（4）中得到的玻璃放入烘箱中，在80℃温度条件下进行化学气相沉积3小时，将全氟辛基三氯硅烷修饰在微纳复合结构表面，得到透明超疏水玻璃。
如图4所示，所得涂层经过低表面能物质修饰后，接触角为153°，滚动角低于10°，并且具有良好的透过性。如图5所示，经过一次自组装过程，测得透明超疏水涂层平均可见光透过率为90%；经过五次自组装过程，测得透明超疏水涂层平均可可见光透过率为75%。图6所示为制备的透明超疏水玻璃实物图。
实施例2：
（1）基底的处理：
将玻璃片依次用乙醇，纯净水分别超声处理10 min，以除去基底表面附着的各种杂质，然后在质量浓度为98%的H2SO4和质量浓度为30%的H2O2(v:v=7:3) 的混合溶液中加热煮沸60 min至无气泡溢出，冷却后用大量纯净水冲洗，再用氮气吹干，待用。再将基底放入0.1M氨丙基三乙氧基硅烷( 3-AMTS )的异丙醇溶液中80℃下浸泡120 min，取出后用大量纯净水冲洗，氮气吹干。最后，将基底放入0.1 M  HCl中浸泡30s, 取出待用。
（2）核壳结构的制备：
    将0.5 g碳球分散在27 mL乙醇中，超声处理30 min，接着往分散液中加入2 mL 氨水，然后将溶有1 mL 正硅酸乙酯（TEOS）的6.5 mL乙醇溶液逐滴加入到上述溶液中。搅拌24 h。离心、乙醇、纯净水清洗，循环数次得到棕黑色沉淀。
（3）微纳结构的组装：
    将0.2 g上述溶液分散在100 mL纯净水中。将处理后的基底浸泡在溶液中5~15 min, 然后以1 mm/s 的速度从溶液中取出样品，用纯净水清洗。
（4）涂层的热处理：
    将步骤（3）中得到的基底放入马弗炉中500 ℃煅烧2 h。
（5）疏水物质修饰：
    将步骤（4）中得到的玻璃放入烘箱中，在80℃温度条件下进行化学气相沉积3 h，将全氟辛基三氯硅烷修饰在微纳复合结构表面，得到透明超疏水玻璃。
实施例3：
（1）基底的处理：
将玻璃片依次用乙醇，纯净水分别超声处理10 min，以除去基底表面附着的各种杂质，然后在质量浓度为98%的H2SO4和质量浓度为30%的H2O2(v:v=7:3) 的混合溶液中加热煮沸60 min至无气泡溢出，冷却后用大量纯净水冲洗，再用氮气吹干，待用。再将基底放入0.1 M氨丙基三乙氧基硅烷( 3-AMTS )的异丙醇溶液中80℃下浸泡120 min，取出后用大量纯净水冲洗，氮气吹干。最后，将基底放入0.1 M HCl中浸泡30 s, 取出待用。
（2）核壳结构的制备：
    将0.9 g碳球分散在48 mL乙醇中，超声处理30 min，接着往分散液中加入4 mL 氨水，然后将溶有1.2 mL 正硅酸乙酯（TEOS）的11 mL乙醇溶液逐滴加入到上述溶液中。搅拌24 h。离心、乙醇、纯净水清洗，循环数次得到棕黑色沉淀。
（3）微纳结构的组装：
    将0.2 g上述溶液分散在100 mL纯净水中。将处理后的基底浸泡在溶液中5~15 min, 然后以1 mm/s 的速度从溶液中取出样品，用纯净水清洗。
（4）涂层的热处理：
    将步骤（3）中得到的基底放入马弗炉中500 ℃煅烧2 h。
（5）疏水物质修饰：
    将步骤（4）中得到的玻璃放入烘箱中，在80 ℃温度条件下进行化学气相沉积3 h，将全氟辛基三氯硅烷修饰在微纳米复合结构表面，得到透明超疏水玻璃。

Claims (5)

1.一种透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于该方法具体步骤为：
a 基底的处理：将基底依次用不同极性大小的溶剂清洗，再经过H2O2和H2SO4的混合溶液处理，使基底的表面带有一层硅羟基；然后将羟基化的基底放入溶有氨丙基三乙氧基硅烷的异丙醇溶剂中，使基底终端氨基化；最后将氨基化的基底放入盐酸中浸泡30 ~60 s，使基底表面带上正电荷；所述的基底为玻璃或石英；
b 核壳结构的制备：将碳球分散在乙醇中，超声15~30 min，往分散液中添加催化剂，再逐滴加入溶有硅酸酯的乙醇，搅拌，最后通过离心分离出沉淀，依次用乙醇，纯净水清洗；所述的催化剂为氨水；
c微纳结构的组装：取核壳结构分散在纯净水中，超声15~30 min配成浓度为0.5 ~2 g/L的无机纳米粒子溶液，再将带有正电荷的基底浸泡在无机纳米粒子溶液中5~15 min，取出后用纯净水清洗，吹干，从而完成微纳结构在基底上的层状组装；
d涂层的热处理：将完成微纳结构层状组装的基底放入马弗炉中在400 ~ 600℃温度下加热1~3 h，除去核壳结构中的碳核，并且提高涂层的稳定性；
e 疏水物质的修饰：将步骤d获得的基底再在60℃~100℃条件下进行化学气相沉淀，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏水自清洁涂层。
2.如权利要求1所述的透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于用于清洗的不同极性大小的溶剂为丙酮、乙醇或纯净水。
3.如权利要求1所述的透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于带有负电荷的无机纳米粒子为碳/SiO2， 粒径大小在180~230 nm 之间。
4.如权利要求1所述的透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于硅酸酯为正硅酸四乙酯。
5.如权利要求1所述的透明超疏水涂层的制备方法，其特征在于含疏水链的分子为全氟辛基三氯硅烷或全氟癸基三氯硅烷。
CN201210226937.1A 2012-07-03 2012-07-03 一种透明超疏水涂层的制备方法 Active CN103524053B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210226937.1A CN103524053B (zh) 2012-07-03 2012-07-03 一种透明超疏水涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210226937.1A CN103524053B (zh) 2012-07-03 2012-07-03 一种透明超疏水涂层的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103524053A CN103524053A (zh) 2014-01-22
CN103524053B true CN103524053B (zh) 2015-05-27

Family

ID=49926468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210226937.1A Active CN103524053B (zh) 2012-07-03 2012-07-03 一种透明超疏水涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103524053B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015001719T5 (de) * 2014-04-09 2016-12-29 Dow Corning Corporation Hydrophober Artikel
CN104909580A (zh) * 2015-05-20 2015-09-16 苏州大学 一种透明憎水光栅玻璃及其制备方法
CN105197879A (zh) * 2015-08-20 2015-12-30 中国科学院深圳先进技术研究院 一种超疏液薄膜及其制备方法
CN105507061A (zh) * 2015-11-27 2016-04-20 湖北大学 一种超疏水涂层及其制备方法
CN105523722A (zh) * 2016-01-21 2016-04-27 湖北大学 一种含有蜡烛烟灰的超疏水涂层及其制备方法
CN105820644A (zh) * 2016-04-26 2016-08-03 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种超疏水涂层和防污闪超疏水绝缘子及其制备工艺
CN107141501B (zh) * 2017-04-27 2020-06-12 上海交通大学 可降解的耐水性纳米抑菌薄膜的制备方法
CN108033688B (zh) * 2017-12-26 2020-08-28 中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司 一种氧化硅基超疏水涂层及其制备方法
CN113336230A (zh) * 2021-06-10 2021-09-03 燕山大学 二氧化硅纳米网的制备方法及其应用
CN113737247B (zh) * 2021-09-28 2022-09-02 湖南大学 一种滑动表面、制备方法及其应用
CN114988719A (zh) * 2022-06-22 2022-09-02 常州大学 一种高透明度双疏自清洁涂层及其制备方法
CN115028372A (zh) * 2022-06-27 2022-09-09 四川大学 一种自清洁水晶制品的制备方法
CN115403276B (zh) * 2022-09-29 2023-09-22 南京信息职业技术学院 一种基于玻璃基体的透明超滑表面的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519278A (zh) * 2009-03-27 2009-09-02 吉林大学 一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法
CN102019159A (zh) * 2009-09-17 2011-04-20 中国科学院理化技术研究所 覆盆子状的聚苯乙烯微球/二氧化硅复合粒子及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8431220B2 (en) * 2009-06-05 2013-04-30 Xerox Corporation Hydrophobic coatings and their processes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519278A (zh) * 2009-03-27 2009-09-02 吉林大学 一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法
CN102019159A (zh) * 2009-09-17 2011-04-20 中国科学院理化技术研究所 覆盆子状的聚苯乙烯微球/二氧化硅复合粒子及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103524053A (zh) 2014-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103524053B (zh) 一种透明超疏水涂层的制备方法
CN101519278B (zh) 一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法
CN102849962B (zh) 一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法及一种超疏水材料
KR100854486B1 (ko) 초발수 표면 제조 방법
CN103771727A (zh) 减反射玻璃基板及其制法和用途
CN104910656B (zh) 一种以复合硅源制备超疏水二氧化硅粉体及超疏水涂层的方法
CN102503164B (zh) 一种耐磨疏水玻璃的制备方法
CN114133772B (zh) 一种耐久性梯度结构超双疏薄膜材料及其制备方法
CN102584028B (zh) 一种改性纳米SiO2溶胶、其制备方法及其在汽车玻璃上的使用方法
CN102898036B (zh) 一种基于玻璃表面的超亲水薄膜的制备方法
CN105694715A (zh) 一种SiO2/PDMS复合透明超疏水涂层的制备方法
CN111019485B (zh) 一种耐摩擦的防覆冰涂层的制备方法
CN103359954A (zh) 一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法及一种超疏水材料
CN104261695B (zh) 一种透明超疏水氧化锌涂层的制备方法
CN103803814A (zh) 一种透明超疏水涂层的制备方法
CN103964706B (zh) 一种汽车玻璃超疏水性膜层及其制备方法
CN102627410B (zh) 憎水玻璃的制备方法及憎水玻璃
CN110272211A (zh) 一种在基板上制备含树枝状孔结构的二氧化硅/二氧化钛复合薄膜的方法
CN102643029B (zh) 憎水修饰剂及其修饰的憎水玻璃、憎水玻璃的制备方法
CN103508681B (zh) 超亲水增透涂层的制备方法及超亲水增透涂层
CN115368762A (zh) 一种疏水疏油涂料、其制备方法及其应用
CN104071988B (zh) 耐磨的长效自清洁的增透涂层的制备方法以及耐磨的长效自清洁的增透涂层
CN113061357B (zh) 一种增透疏水涂层及其制备方法
CN102503163A (zh) 一种在可见光下具有超亲水特性二氧化钛膜的制备方法
CN107858024B (zh) 一种表面羟基化介孔SiO2-TiO2复合自清洁涂层及其制备方法

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