CN106495498A - 一种玻璃防雾涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃防雾涂层的制备方法，属于涂层材料制备技术领域。本发明首先将乙醇溶液与甲基三甲氧基硅烷制备硅烷偶联剂溶液，随后将纳米二氧化硅制备得纳米二氧化硅溶胶，将其与硅烷偶联剂溶液反应得反应液，再将玻璃基材用丙酮擦拭后超声清洗并进行刻蚀处理，再将其用反应液浸泡、固化处理，得到涂层处理后的玻璃再用十三氟辛基三甲氧基硅烷、无水乙醇浸泡，最后取出烘干即可得到玻璃防雾涂层，本发明的玻璃防雾涂层具有强疏水的特性，自清洁能力较强，同时涂层耐久性较好，附着力强，此外涂层防雾性能好，在水蒸气环境下，涂层玻璃表面完全无雾滴附着，大大提高了玻璃的使用价值，具有广阔的应用前景。

Description

一种玻璃防雾涂层的制备方法
技术领域
本发明公开了一种玻璃防雾涂层的制备方法，属于涂层材料制备技术领域。
背景技术
玻璃的雾化是指空气中的水蒸汽冷却至其露点时达到饱和状态，在玻璃制品表面凝结形成微小的液滴，这些液滴对光线进行折射和散射，造成玻璃的不透明现象。建筑物玻璃窗、浴室镜子、眼镜发生雾化都会给生活带来诸多不便，汽车挡风玻璃起雾给行车安全带来严重危害。
对此现象，市面上较常用的方法为：(1)喷涂表面活性剂法，使玻璃表面亲水；(2)覆高分子膜法，使玻璃表面疏水；(3)安装加热装置，是玻璃表面温度高于露点，这些方法都有各自的局限性：(1)表面活性剂稳定性较差，需要定期反复喷涂，次数、频率较高不便于使用；(2)覆高分子膜致使玻璃制品表面的耐磨及耐热性能不好，且产品需在出厂前覆膜，之前未覆膜产品不易实施；(3)加热蒸发水滴的时间较长，该方法耗资大、易损坏，不太实用。因此研究开发便利的、耐磨性和稳定性好的，且成本低廉的新型玻璃防雾方法是十分必要的。
防雾玻璃就是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，使表面产生独特的物理化学特性，防止玻璃表面成雾，从而达到不影响镜面成像的能见度或玻璃的透光率的效果。防雾玻璃的制备方法主要分为两大类：在玻璃表面制备疏水性防雾涂层或亲水性防雾涂层。
现有玻璃防雾涂层存在自清洁、防雾效果和耐久性差的问题，且涂层附着力较差，如采用常规方法清洁，防雾涂层多会脱落。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前现有玻璃防雾涂层存在自清洁能力差、防雾效果和耐久性差且涂层附着力较差，易脱落的问题，提供一种玻璃防雾涂层的制备方法，该方法首先将乙醇溶液与甲基三甲氧基硅烷制备硅烷偶联剂溶液，随后将纳米二氧化硅制备得纳米二氧化硅溶胶，将其与硅烷偶联剂溶液反应得反应液，再将玻璃基材用丙酮擦拭后超声清洗并进行刻蚀处理，再将其用反应液浸泡、固化处理，得到涂层处理后的玻璃，再用十三氟辛基三甲氧基硅烷、无水乙醇浸泡，最后取出烘干即可得到玻璃防雾涂层，本发明的玻璃防雾涂层具有强疏水的特性，自清洁能力较强，同时涂层耐久性较好，附着力强，此外涂层防雾性能好，在水蒸气环境下，涂层玻璃表面完全无雾滴附着，大大提高了玻璃的使用价值，具有广阔的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取150～200mL质量分数20～25%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为3.0～4.0，调节后向三口烧瓶中滴加3～5mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为1～2滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌40～50min，得硅烷偶联剂溶液；
（2）称取10～15g粒径为30～40nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入100～150mL去离子水，在180～200W功率下超声分散10～15min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在15～20min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为45～50℃和转速为200～400r/min条件下搅拌反应20～30h，反应结束后冷却至室温，得反应液；
（3）选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭2～4次后放入去离子水中，超声清洗5～10min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用40～50mV氧等离子体进行刻蚀处理30～60s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡10～20min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在280～350W功率下照射固化15～25min，得涂层处理后的玻璃；
（4）量取5～7mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到100～150mL无水乙醇中，搅拌混合10～15min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡30～50min后取出，放入烘箱中，在60～65℃温度下干燥8～10h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
经检测，本发明制得的玻璃防雾涂层透光率高达93%以上，接触角达160°以上，涂层附着力达0级，硬度为2H，雾度小于0.05%，在雨水环境下浸泡6～8天，涂层未出现起泡、剥落现象，耐水性较好，且涂层耐久性较好，使用年限较原先延长了5～7年。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备的防雾涂层可在玻璃制品表面施工以达到防雾的功效，涂层防雾效果显著，且具有较好的耐久性和透光率，有效延长了涂层及玻璃制品的使用寿命；
（2）本发明制得的玻璃防雾涂层具有亲水疏油的特性，自清洁能力较强，一般情况下无需清洗，且涂层附着力较强，不易剥落，适用于汽车挡风玻璃、建筑玻璃幕墙等，使玻璃表面可以满足防水、自清洁或防雾等功能，大大提高了玻璃的使用价值。
具体实施方式
首先称取150～200mL质量分数20～25%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为3.0～4.0，调节后向三口烧瓶中滴加3～5mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为1～2滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌40～50min，得硅烷偶联剂溶液；随后称取10～15g粒径为30～40nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入100～150mL去离子水，在180～200W功率下超声分散10～15min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在15～20min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为45～50℃和转速为200～400r/min条件下搅拌反应20～30h，反应结束后冷却至室温，得反应液；再选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭2～4次后放入去离子水中，超声清洗5～10min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用40～50mV氧等离子体进行刻蚀处理30～60s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡10～20min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在280～350W功率下照射固化15～25min，得涂层处理后的玻璃；最后量取5～7mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到100～150mL无水乙醇中，搅拌混合10～15min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡30～50min后取出，放入烘箱中，在60～65℃温度下干燥8～10h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
实例1
首先称取150mL质量分数20%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为3.0，调节后向三口烧瓶中滴加3mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为1滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌40min，得硅烷偶联剂溶液；随后称取10g粒径为30nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入100mL去离子水，在180W功率下超声分散10min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在15min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为45℃和转速为200r/min条件下搅拌反应20h，反应结束后冷却至室温，得反应液；再选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭2次后放入去离子水中，超声清洗5min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用40mV氧等离子体进行刻蚀处理30s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡10min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在280W功率下照射固化15min，得涂层处理后的玻璃；最后量取5mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到100mL无水乙醇中，搅拌混合10min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡30min后取出，放入烘箱中，在60℃温度下干燥8h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
经实例检测，本发明制得的玻璃防雾涂层透光率高达94%，接触角达165°，涂层附着力达0级，硬度为2H，雾度值为0.04%，在雨水环境下浸泡6天，涂层未出现起泡、剥落现象，耐水性较好，且涂层耐久性较好，使用年限较原先延长了5年。
实例2
首先称取175mL质量分数23%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为3.5，调节后向三口烧瓶中滴加4mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为1滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌45min，得硅烷偶联剂溶液；随后称取13g粒径为35nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入125mL去离子水，在190W功率下超声分散13min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在18min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为48℃和转速为300r/min条件下搅拌反应25h，反应结束后冷却至室温，得反应液；再选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭3次后放入去离子水中，超声清洗8min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用45mV氧等离子体进行刻蚀处理45s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡15min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在315W功率下照射固化20min，得涂层处理后的玻璃；最后量取6mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到125mL无水乙醇中，搅拌混合13min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡40min后取出，放入烘箱中，在63℃温度下干燥9h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
经实例检测，本发明制得的玻璃防雾涂层透光率高达95%，接触角达170°，涂层附着力达0级，硬度为2H，雾度值为0.03%，在雨水环境下浸泡7天，涂层未出现起泡、剥落现象，耐水性较好，且涂层耐久性较好，使用年限较原先延长了6年。
实例3
首先称取200mL质量分数25%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为4.0，调节后向三口烧瓶中滴加5mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为2滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌50min，得硅烷偶联剂溶液；随后称取15g粒径为40nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入150mL去离子水，在200W功率下超声分散15min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在20min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为50℃和转速为400r/min条件下搅拌反应30h，反应结束后冷却至室温，得反应液；再选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭4次后放入去离子水中，超声清洗10min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用50mV氧等离子体进行刻蚀处理60s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡20min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在350W功率下照射固化25min，得涂层处理后的玻璃；最后量取7mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到150mL无水乙醇中，搅拌混合15min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡50min后取出，放入烘箱中，在65℃温度下干燥10h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
经实例检测，本发明制得的玻璃防雾涂层透光率高达96%，接触角达178°，涂层附着力达0级，硬度为2H，雾度值为0.02%，在雨水环境下浸泡8天，涂层未出现起泡、剥落现象，耐水性较好，且涂层耐久性较好，使用年限较原先延长了7年。

Claims (1)

1.一种玻璃防雾涂层的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取150～200mL质量分数20～25%乙醇溶液加入三口烧瓶中，用冰醋酸调节pH为3.0～4.0，调节后向三口烧瓶中滴加3～5mL甲基三甲氧基硅烷，滴加速度为1～2滴/s，并同时进行搅拌，滴加结束后继续搅拌40～50min，得硅烷偶联剂溶液；
（2）称取10～15g粒径为30～40nm二氧化硅加入到烧杯中，向烧杯中加入100～150mL去离子水，在180～200W功率下超声分散10～15min，得纳米二氧化硅溶胶，将纳米二氧化硅溶胶缓慢滴加到上述装有硅烷偶联剂溶液的三口烧瓶中，控制在15～20min滴加完全，滴加后放入水浴锅中，在温度为45～50℃和转速为200～400r/min条件下搅拌反应20～30h，反应结束后冷却至室温，得反应液；
（3）选取玻璃基材，将玻璃表面用丙酮擦拭2～4次后放入去离子水中，超声清洗5～10min后取出，用吹风机将玻璃表面吹干，将吹干的玻璃基材表面用40～50mV氧等离子体进行刻蚀处理30～60s，处理后的玻璃基材放入上述反应液中，浸泡10～20min后取出，悬挂至无液体滴落后放入紫外灯下，在280～350W功率下照射固化15～25min，得涂层处理后的玻璃；
（4）量取5～7mL十三氟辛基三甲氧基硅烷加入到100～150mL无水乙醇中，搅拌混合10～15min后加入上述涂层处理后的玻璃，浸泡30～50min后取出，放入烘箱中，在60～65℃温度下干燥8～10h，干燥后取出，即可得到玻璃防雾涂层。
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