CN103736620B - 一种超声雾化喷涂薄膜制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声雾化喷涂薄膜制备方法。其主要运用简单的超声雾化装置将喷涂液雾化成超细微液滴，借助外加辅助气流将其更均匀地附着在基材表面，以形成厚度均匀可控，外观质量高的涂层，从而解决现有喷涂技术中存在的涂层表面均匀性不好、涂覆效果差、喷涂量不可控以及生产率较低等问题，达到精确喷涂的目的。与现有技术相比，本发明具有喷涂效率高、涂膜质量高、产品重复性好、溶液利用率高以及喷涂面积和涂层厚度可精确控制等优点。

Description

一种超声雾化喷涂薄膜制备方法

技术领域

本发明涉及喷涂技术领域，是关于纳米薄膜的喷涂加工技术，具体涉及一种新型的超声雾化喷涂薄膜制备方法。

背景技术

超声雾化喷涂是一种薄膜制备方法，用于在基材的表面喷涂薄膜，其工艺流程大致包括超声雾化、喷涂、后处理三个步骤。超声雾化是利用超声波的空化作用，使溶液中的微小空化核（气泡）在超声能量作用下震荡、生长扩大并向溶液表面迁移，到达溶液表面后破裂，形成微小的液滴（雾）。由于超声雾化的液滴尺寸细小，分布均匀，雾化效果好，便于控制，可以避免生产中很多不必要的浪费。在现有的喷涂工艺中，主要是利用压缩空气经喷枪将喷涂液挤压喷射到基材表面。但这种工艺存在着不可避免的缺陷，诸如喷涂均匀度不够、涂层厚度不可控、涂膜质量差、溶液反弹严重、浪费较大等问题。

CN102019264A公开了一种超微雾化喷涂方法，利用超声波或者二流体喷嘴，两个或两个以上喷嘴同态沿X-Y轴做二维扫描运动，将雾化后化学液涂覆于整个晶圆，旋转晶圆，进行第二次喷涂，再重复旋转喷涂，直到达到目标厚度。

CN103143472A公开了一种助焊剂的超声雾化喷头，由五部分组成，第一部分中储雾室与导雾通道由侧壁隔开，储雾室一侧壁上开有出雾口，储雾室的另一侧壁上开有上导雾通道开口；第二部分设在第一部分的下方，包括间隔空腔，间隔空腔上开有下导雾通道开口，侧壁上安装助焊剂注入口，助焊剂由此处注入；第三部分设在第二部分下方；第四部分设在第三部分下方，超声转换器设在本部分底部，另一端有一底部进风装置；第五部分为喷头装置，外部气源由喷头进气口进入后再由喷头喷出，通过产生的负压可以将储雾室中存储的雾化助焊剂同时由喷头喷出。

尽管目前已经有不少超声雾化喷涂工艺和用于超声雾化喷涂的设备出现，但这些工艺或设备存在着应用范围或应用对象的局限。一些超声雾化喷涂设备无法做到在喷嘴处出雾量的均匀控制，喷涂而成的涂膜厚度不可精确控制，一些超声雾化喷涂工艺只适用于一些较小基体表面的喷涂制膜，而本发明可用于较大基体喷涂，如玻璃幕墙，也可用于较小乃至极小基体的表面涂层，并且同时可做到精确控制涂层厚度的大小和喷涂的幅度（具体通过调整双层喷头的参数来实现），同时可保证其外观质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术之不足，提供一种超声雾化喷涂制膜方法，能够更好地应用到工业生产、农业生产、科研实验中需要进行精细加工的领域，能够最大限度地将喷涂液精确地喷涂到待施工的基材表面。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超声雾化喷涂制膜方法，所述方法通过超声波雾化发生器将喷涂液超声雾化成超细微液滴，借助于超声雾化喷头系统，在外加辅助气流的引导下，向基材表面喷涂制膜；

所述超声雾化喷头系统包括双层喷头；所述双层喷头包括作为外管的辅助气流导入管、作为内管的雾化液汽导入管及末端的雾化喷头；所述的雾化喷头为连接辅助气流导入管和雾化液汽导入管的双层喷雾口。

本发明所述的超声雾化喷涂制膜方法采用自主设计的超声雾化喷头系统，利用超声波将一般应用于空气喷枪的喷涂液击碎分裂成超细微液滴，然后由外加辅助气流携带喷洒在基材表面，形成更加均匀的薄膜。所述外加辅助气流起到喷幅成型的作用。

本发明可通过控制超声波的频率和功率来控制液滴的颗粒粒径和雾化量，通过控制内管中雾化液汽的流量来控制喷雾的流量，通过控制外加的辅助气流能够使雾化液汽在超声雾化喷头中均匀流动。本发明通过双层喷头结构使雾化液汽在雾化喷头处呈现均匀的雾流而喷洒在基材表面，形成一层厚度均匀可控、外观质量高的涂层。

本发明所述超声波雾化发生器的超声波频率大于或等于1.7MHz，例如可选择1.71MHz，1.78MHz，1.83MHz，1.9MHz，2.1MHz，2.4MHz等，优选为1.7～2.0MHz，进一步优选为2.0MHz。

所述超细微液滴的颗粒粒径小于30um，例如可选择29μm，24.3μm，14μm，等，优选为5.5um～30um。可以通过控制超声波频率来调节液滴的颗粒粒径大小。

本发明所述辅助气流为空气流、氧气流或氮气流。本发明可以通过控制外加的辅助气流的流量能够使雾化液汽在超声雾化喷头中均匀流动。

优选地，一定流量的辅助气流能够使得喷嘴出口处的液雾具有一定的喷射速度，通过控制流量来控制喷射速度，通过控制喷头在基体上运动的时间和辅助气流的流量来控制涂层的厚度。另外辅助气流的流量的大小也会影响到喷幅的大小，因此本发明使用这种形式来实现精确控制。所述双层喷雾口的外层为鸭嘴状，末端呈椭圆形；其内层为鳄鱼嘴状，两侧开口。

所述喷涂液为可超声雾化的液体材料，优选为以水为基础溶剂的溶液或溶胶，进一步优选为水溶性溶液、溶胶、农药或助剂。所述助剂，如水性助剂、分散剂、润滑剂等。所述“可”表示“能够”。

通过本发明所述方法制得的膜的厚度为10～500nm。

本发明所述基材为各类需要进行表面涂膜处理的材料，例如玻璃基材、金属基材、塑料基材等。

一种超声雾化喷涂制膜方法，所述方法包括以下步骤：

1）将待雾化的喷涂液置于超声雾化室中，喷涂液浸没超声波雾化发生器；

2）喷涂液在超声雾化室中经超声波击碎分裂成超细微液滴，超细微液滴由超声雾化室内风机带动，进入雾化液汽导入管；

3）在辅助气流导入管中注入外加辅助气流，由辅助气流引导超声雾化室和雾化液汽导入管内的超细微液滴到达雾化喷头，喷射直达基材表面，迅速成膜。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的超声雾化喷涂方法具有使用范围广、设备结构简单、工艺重复性好、操作安全可靠、过程无需真空设备支持、无尾气污染、喷涂液利用率高等优点，既可实现连续的大面积快速沉积涂层，又可实现小面积甚至极小面积的基材表面的精细涂覆，也可实现小面积精确涂膜，因此具有广泛的应用前景和市场。

通过本发明方法得到的膜涂层厚度均匀可控，涂覆效果好。

附图说明

图1是本发明所述超声雾化喷头系统的一种双层喷头的主视图；

图2是本发明所述超声雾化喷头系统的一种双层喷头的左视图；

图3是本发明所述超声雾化喷头系统的一种双层喷头的仰视图；

图4是一种喷头排列组合形式；

图5是本发明所得产品示意图；

图6是具体实施1中制得的涂层的扫描电镜图：（a）为涂层放大50万倍；（b）为涂层放大10万倍，其右上角为涂层横截面电镜图，可显示涂层厚度。

图中：1-辅助气流导入管；2-雾化液汽导入管；3-雾化喷头；4-膜；5-基材。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

一种超声雾化喷涂制膜方法，所述方法通过超声波雾化发生器将喷涂液超声雾化成超细微液滴，借助于超声雾化喷头系统，在外加辅助气流的引导下，向基材表面喷涂制膜。

如图1-3所示，所述超声雾化喷头系统包括双层喷头；所述双层喷头包括作为外管的辅助气流导入管1、作为内管的雾化液汽导入管2及末端的雾化喷头3；所述的雾化喷头3为连接辅助气流导入管1和雾化液汽导入管2的双层喷雾口。

所述超声波雾化发生器的超声波频率大于或等于1.7MHz，优选为1.7～2.0MHz。所述超细微液滴的颗粒粒径小于30um。

所述一种双层喷雾口的外层为鸭嘴状，末端呈椭圆形；其内层为鳄鱼嘴状，两侧开口。

所述喷涂液为水基溶液，优选为水溶性溶液、溶胶、农药或助剂。

所述膜的厚度为10～500nm。

所述基材为各类需要进行表面涂膜处理的材料。

一种超声雾化喷涂制膜方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将待雾化的喷涂液置于超声雾化室中，喷涂液浸没超声波雾化发生器；

（2）喷涂液在超声雾化室中经超声波击碎分裂成超细微液滴，超细微液滴由超声雾化室内风机带动，进入雾化液汽导入管2；

（3）在辅助气流导入管1中注入外加辅助气流，由辅助气流引导超声雾化室和雾化液汽导入管2内的超细微液滴到达雾化喷头3，喷射直达基材表面，迅速成膜。

具体实施例1

组装超声喷涂设备，将一种用于玻璃表面的纳米二氧化钛自清洁溶胶置于超声雾化室中，溶胶浸没超声波雾化发生器，并保持一定的液面高度。准备玻璃基材，调节超声波雾化发生器的超声频率为2.0MHz，启动电源，超声波雾化发生器开始工作，瞬间将溶胶雾化成颗粒粒径为10nm～30nm的极细液雾，并经出雾导管到达双层喷头，在空气流的作用下，液雾被带出喷雾口，形成一股均匀的液雾汽流，保持玻璃基材在喷雾口正下方5～8cm的位置，并以1.5cm/s的速度平整向前运动，玻璃基材在运动的过程中在其表面沉积了一层厚度均匀、外观透亮的纳米自清洁涂层（见图6）。实际加工时，只需要根据玻璃基材的实际需涂膜的面积大小，组装相应的喷头组，一个喷嘴的面积能够喷涂出相同面积的涂层。通过控制辅助气流的流量结合喷嘴的形状、大小来控制喷幅（即喷涂面积）。

具体实施例2

对于极小工件，其表面需喷涂一层涂料，可按照如下方法：首先组装超声喷涂设备，根据工件表面需涂覆涂层的面积，在设备上装上相同面积喷嘴（具体表现为双层喷嘴的内嘴面积）的喷头，将液体涂料置于超声雾化室中，涂料浸没超声波雾化发生器，并保持一定的液面高度。调节超声波雾化发生器的超声频率为2.0MHz，启动电源，超声波雾化发生器开始工作，瞬间将涂料雾化成颗粒粒径为10nm～30nm的极细液雾，并经出雾导管到达双层喷头，在氮气流的作用下，液雾被带出喷雾口，形成一股均匀的液雾汽流，保持工件在喷雾口正下方5～8cm的位置，并以1.5cm/s的速度平整向前运动，工件在运动的过程中在其表面沉积了一层厚度均匀的涂层。

具体实施例3

对于一些无法移动的工件表面涂覆涂层，所采取的方法如下：首先需根据工件表面需涂覆涂层的面积，在设备上装上相同面积喷嘴的喷头（具体表现为双层喷嘴的内嘴面积），该双层喷头为手持式的喷头，组装超声喷涂设备，设备上装上该双层喷头，将液体涂料置于超声雾化室中，涂料浸没超声波雾化发生器，并保持一定的液面高度。调节超声波雾化发生器的超声频率为2.0MHz，启动电源，超声波雾化发生器开始工作，瞬间将涂料雾化成颗粒粒径为10um～30um的极细液雾，并经出雾导管到达双层喷头，在氧气流的作用下，液雾被带出喷雾口，形成一股均匀的液雾汽流。将喷雾口靠近工件表面，并保持喷雾口与工件间垂直，距离为5～8cm的位置，并以1.5cm/s的速度根据工件表面轮廓运动，在喷头运动的过程中，便可在工件表面沉积了一层厚度均匀的涂层。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种超声雾化喷涂薄膜制备方法，其特征在于，所述方法通过超声波雾化发生器将喷涂液超声雾化成超细微液滴，借助于超声雾化喷头系统，在外加辅助气流的引导下，向基材表面喷涂制膜；

所述超声雾化喷头系统包括双层喷头；所述双层喷头包括作为外管的辅助气流导入管(1)、作为内管的雾化液汽导入管(2)及末端的雾化喷头(3)；所述的雾化喷头(3)为连接辅助气流导入管(1)和雾化液汽导入管(2)的双层喷雾口；

所述超声波雾化发生器的超声波频率大于或等于1.7MHz；

所述膜的厚度为10～500nm；

所述双层喷雾口的外层为鸭嘴状，末端呈椭圆形；其内层为鳄鱼嘴状，两侧开口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将待雾化的喷涂液置于超声雾化室中，喷涂液浸没超声波雾化发生器；

(2)喷涂液在超声雾化室中经超声波击碎分裂成超细微液滴，超细微液滴由超声雾化室内风机带动，进入雾化液汽导入管(2)；

(3)在辅助气流导入管(1)中注入外加辅助气流，由辅助气流引导超声雾化室和雾化液汽导入管(2)内的超细微液滴到达雾化喷头(3)，喷射直达基材表面，迅速成膜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波雾化发生器的超声波频率为1.7～2.0MHz。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超声波雾化发生器的超声波频率为2.0MHz。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述超细微液滴的颗粒 粒径小于30μ m 。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述超细微液滴的颗粒粒径为5.5μm～30μ m 。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助气流为空气流、氧气流或氮气流。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷涂液为可超声雾化的液体材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷涂液为以水为基础溶剂的溶液或溶胶。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述喷涂液为水溶性溶液、溶胶、农药或助剂。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材为各类需要进行表面涂膜处理的材料。