CN103626403A - 一种透明超双疏涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明超双疏涂层的制备方法。本发明采用溶胶-凝胶法制备杂化硅溶胶悬浮液，将悬浮液喷涂在玻璃基体表面，通过高温氧化和表面氟硅烷修饰得到涂层。涂层表面的水接触角和十六烷接触角都大于150°，滚动角都小于10°，对可见光具有良好的透过性，平均透光率大于75%。本方法所用原料易得，工艺简单，重复性好，涂层具有优良的超疏水性、超疏油性和透光性。

Description

一种透明超双疏涂层的制备方法

技术领域

本发明叙述了一种透明超双疏涂层的制备方法，具体是将透明功能引入到超双疏涂层中，从而增强超双疏涂层的功能性，扩大其使用范围。

背景技术

超双疏表面同时具有超疏水和超疏油的性能，较之超疏水涂层具有更强的功能实用性。由于超双疏表面性能的特殊性，使得其在船舶、汽车、外墙涂料、生物医疗器械、太阳能装置等领域都具有很大的应用价值。近年来，对于超双疏材料的研究无论从研究领域还是制备方法都有较大的发展，对于超双疏性能的深入研究极大地增强了人们对具有特殊表面润湿性材料的需求。

透明超双疏涂层，不仅具有超疏油、超疏水表面的性质而且具有很好的可见光透过性，若将其应用于玻璃表面，可以作为汽车、船舶等交通工具的挡风玻璃，可以减少实际使用环境中浮尘颗粒、水污染，尤其能够降低油性污染，从而保持玻璃表面的清洁，能够改善交通工具在行驶过程中的视野，提高驾驶安全性；也可以减少建筑玻璃及幕墙的清洗次数，延长其使用寿命。

近年来对透明超疏水涂层的研究较多，然而由于超疏油材料对表面微结构要求很高，制备难度很大，因此目前对于具有透明超双疏功能涂层的报道极少。Doris Vollmer等人近来报道了一种利用蜡烛烟灰作为模板制备透明超双疏的方法（Science，2012，335, 67-69），引起国内外较广泛的关注。然而，目前国内外有关透明超双疏专利却鲜有报道，远不能满足其广阔的应用领域。因此发明制备工艺简单易行，稳定性强的透明超双疏涂层是极为必要的，对于低表面能材料的推广和应用也具有重要意义并且有着潜在的巨大市场。

发明内容

本发明目的在于提供一种透明超双疏涂层的制备方法，解决透明涂层防水和防油污染的实用性问题；此方法工艺简单，成本低，重复性好，所制涂层具有优良的超疏水性、超疏油性和透光性。 

实现本发明的技术方案是：

本发明采用溶胶-凝胶法制备杂化硅溶胶悬浮液，将悬浮液喷涂在玻璃基体表面，通过高温氧化和表面氟硅烷修饰得到涂层。

一种透明超双疏涂层的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A溶胶悬浮液的制备：将炭黑与碳纳米管混合加入到无水乙醇中，超声分散均匀后，在搅拌中将苯甲醇、硅酸四乙酯及氨水分别加入到上述分散体系中，继续搅拌至反应结束，得到杂化硅溶胶悬浮液；

B高温氧化处理：将步骤A所得杂化硅溶胶悬浮液喷涂在玻璃基体表面，然后在500～650℃下氧化处理，得到透明涂层；

C涂层表面氟硅烷修饰：将步骤B所得透明涂层，通过气相沉积进行表面氟硅烷修饰，然后取出涂层，真空干燥，得到透明超双疏涂层。

本发明所用炭黑的粒径在1～2微米。

本发明所用碳纳米管的直径为10～30纳米、长度为20～30微米。

本发明所用的炭黑的质量百分比为全部用料的0.2%，碳纳米管的质量百分比为全部用料的0.2～0.6%。

本发明所用苯甲醇的质量百分比为全部用料的1～2.5%，硅酸四乙酯的质量百分比为全部用料的3～6%，氨水的质量百分比为全部用料的2～3%。

步骤B中的喷涂方法通过以下步骤来实现：

将悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂；喷枪距工件表面不小于20cm，喷枪角度与工件表面成70～90度角度，将涂料喷涂于玻璃基体表面。

步骤C中的气相沉积方法通过以下步骤来实现：

先将装有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的开口容器置入密封体系中，然后再将透明涂层放入密闭体系中，整个密闭体系在室温、常压条件下静置2～6h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

所用原材料制备简单，制备方法容易实现。

通过本方法制备的超双疏涂层表面具有非常大的水接触角和油（十六烷）接触角（大于150°），滚动角都小于10°；水珠和油珠在涂层表面能够自由滚动，具有自清洁功能。

通过本方法制备的超双疏涂层表面具有良好的可见光透光性，平均可见光透过率大于75%。

附图说明

图1为本发明实施例1所制产品的数码照片，是玻璃基体上制得的透明超双疏涂层的可见光透光效果图，其表面上为水珠和油珠（十六烷）。

具体实施方式

实施例1：

溶胶悬浮液的制备

将1g炭黑与1g碳纳米管混合加入到500g无水乙醇中，超声分散15min后，在搅拌中将8g苯甲醇、15g硅酸四乙酯及10g氨水分别滴加到上述分散体系中，继续搅拌；反应结束后，得到杂化硅溶胶悬浮液。

高温氧化处理

将所得杂化硅溶胶悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂在玻璃基体表面，然后在500℃下氧化处理，得到透明涂层。

涂层表面氟硅烷修饰

将所得透明涂层进行气相沉积表面修饰，静置2h, 然后取出涂层，真空干燥，即得透明超双疏涂层。

所得透明超双疏涂层表面的水接触角约为165°，滚动角约为1°；油（十六烷）接触角约为158°，滚动角约为5°；涂层的可见光透光率为82%。

实施例2：

溶胶悬浮液的制备

将1g炭黑与2g碳纳米管混合加入到500g无水乙醇中，超声分散15min后，在搅拌中将10g苯甲醇、25g硅酸四乙酯及12g氨水分别滴加到上述分散体系中，继续搅拌；反应结束后，得到杂化硅溶胶悬浮液。

高温氧化处理

将所得杂化硅溶胶悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂在玻璃基体表面，然后在500℃下氧化处理，得到透明涂层。

涂层表面氟硅烷修饰

将所得透明涂层进行气相沉积表面修饰，静置3h, 然后取出涂层，真空干燥，即得透明超双疏涂层。

所得透明超双疏涂层表面的水接触角约为165°，滚动角约为1°；油（十六烷）接触角约为156°，滚动角约为6°；涂层的可见光透光率为82%。

实施例3：

溶胶悬浮液的制备

将2g炭黑与5g碳纳米管混合加入到1000g无水乙醇中，超声分散15min后，在搅拌中将20g苯甲醇、50g硅酸四乙酯及30g氨水分别滴加到上述分散体系中，继续搅拌；反应结束后，得到杂化硅溶胶悬浮液。

高温氧化处理

将所得杂化硅溶胶悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂在玻璃基体表面，然后在550℃下氧化处理，得到透明涂层。

涂层表面氟硅烷修饰

将所得透明涂层进行气相沉积表面修饰，静置4h, 然后取出涂层，真空干燥，即得透明超双疏涂层。

所得透明超双疏涂层表面的水接触角约为165°，滚动角约为1°；油（十六烷）接触角约为155°，滚动角约为6°；涂层的可见光透光率为79%。

实施例4：

溶胶悬浮液的制备

将2g炭黑与6g碳纳米管混合加入到1000g无水乙醇中，超声分散15min后，在搅拌中将20g苯甲醇、35g硅酸四乙酯及30g氨水分别滴加到上述分散体系中，继续搅拌；反应结束后，得到杂化硅溶胶悬浮液。

高温氧化处理

将所得杂化硅溶胶悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂在玻璃基体表面，然后在550℃下氧化处理，得到透明涂层。

涂层表面氟硅烷修饰

将所得透明涂层进行气相沉积表面修饰，静置3h, 然后取出涂层，真空干燥，即得透明超双疏涂层。

所得透明超双疏涂层表面的水接触角约为166°，滚动角约为1°；油（十六烷）接触角约为153°，滚动角约为7°；涂层的可见光透光率约为80%。

实施例5：

溶胶悬浮液的制备

将2g炭黑与4.5g碳纳米管混合加入到1000g无水乙醇中，超声分散15min后，在搅拌中将20g苯甲醇、40g硅酸四乙酯及25g氨水分别滴加到上述分散体系中，继续搅拌；反应结束后，得到杂化硅溶胶悬浮液。

高温氧化处理

将所得杂化硅溶胶悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂在玻璃基体表面，然后在600℃下氧化处理，得到透明涂层。

涂层表面氟硅烷修饰

将所得透明涂层进行气相沉积表面修饰，静置6h, 然后取出涂层，真空干燥，即得透明超双疏涂层。

所得透明超双疏涂层表面的水接触角约为163°，滚动角约为2°；油（十六烷）接触角约为155°，滚动角约为7°；涂层的可见光透光率约为76%。

Claims (7)

1.一种透明超双疏涂层的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A溶胶悬浮液的制备：将炭黑与碳纳米管混合加入到无水乙醇中，超声分散均匀后，在搅拌中将苯甲醇、硅酸四乙酯及氨水分别加入到上述分散体系中，继续搅拌至反应结束，得到杂化硅溶胶悬浮液；

B高温氧化处理：将步骤A所得杂化硅溶胶悬浮液喷涂在玻璃基体表面，然后在500～650℃下氧化处理，得到透明涂层；

C涂层表面氟硅烷修饰：将步骤B所得透明涂层，通过气相沉积进行表面氟硅烷修饰，然后取出涂层，真空干燥，得到透明超双疏涂层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于炭黑的粒径在1～2微米。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于碳纳米管的直径为10～30纳米、长度为20～30微米。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于炭黑的质量百分比为全部用料的0.2%，碳纳米管的质量百分比为全部用料的0.2～0.6%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于苯甲醇的质量百分比为全部用料的1～2.5%，硅酸四乙酯的质量百分比为全部用料的3～6%，氨水的质量百分比为全部用料的2～3%。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤B中的喷涂方法通过以下步骤来实现：

将悬浮液于0.15～0.20MPa压力下喷涂；喷枪距工件表面不小于20cm，喷枪角度与工件表面成70～90度角度，将涂料喷涂于玻璃基体表面。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤C中的气相沉积方法通过以下步骤来实现：

先将装有1H,1H,2H,2H-全氟辛氧基三氯硅烷的开口容器置入密封体系中，然后再将透明涂层放入密闭体系中，整个密闭体系在室温、常压条件下静置2～6h。