CN106564219A - 一种抗雾化微纳复合结构薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗雾化微纳复合结构薄膜及其制备方法。所述薄膜具有微纳复合结构，依次包括表层纳米TiO2薄膜、底层微棱镜膜、PET基板和硅胶层。本发明采用提拉法将纳米TiO2沉积在微棱镜膜表面，制得具有超亲水特性的微纳复合结构薄膜，制备方法工艺简单、成本低。本发明一种抗雾化微纳复合结构薄膜性能优越、耐久性能好、适用范围广，同时结合了纳米TiO2薄膜的高光透过率、良好亲水性以及棱镜膜的增透特性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米薄膜制备技术领域，尤其涉及一种抗雾化微纳复合结构薄膜及其制备方法。
背景技术
玻璃的雾化是指湿气或蒸汽冷凝在玻璃制品表面形成微小水滴。在高湿度环境中，汽车挡风玻璃以及后视镜表面容易结雾，会对光线的透过造成很大的影响，干扰驾驶员的视野。抗雾化玻璃膜是指利用薄膜表面特殊结构具有的超亲水特性，使由于雾化而形成的微小水滴迅速铺平，从而达到不影响镜面成像、能见度和玻璃的透光率的效果。水膜在重力作用下流走时还能有效带走污渍，从而实现玻璃膜的自清洁。
国外在20 世纪60 年代就已经开始了玻璃自清洁和防雾研究，在基础研究方面，目前世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国的Pilkington 公司、日本TOTO 公司、美国PPG 公司、德国GEA 公司等。国内的研究虽然起步较晚，但也取得了显著的进展，有关专利和技术成果有上百项，且不断有玻璃防雾剂产品推出。目前，汽车超亲水薄膜的制备主要有化学气相沉积法、物理气相沉积法和溶胶凝胶法等。化学气相沉积法及物理气相沉积法设备价格昂贵，成本较高，而溶胶凝胶法制备超亲水薄膜的后处理过程需要高温烧结，强度较高，但透过率往往达不到要求，从而在实际应用中受到限制。
纳米TiO2 作为一种光催化材料具有高化学活性、强氧化能力、无毒及无光腐蚀等优点，受到广泛重视。其中TiO2 薄膜因其不易团聚、可重复使用、方便回收，使得其具有极大的应用价值。另外，由于纳米TiO2 薄膜具有亲水性，因此可以在玻璃、陶瓷、镜面、建筑材料等表面涂上TiO2 涂层，可以有效的改善其抗污染能力。然而，传统的溶胶凝胶法制备的纳米TiO2 薄膜表面一般都会出现微小的裂纹，且透明性较差，附着力不强，只能在紫外光或强烈的太阳光照射下才表现出较强的亲水性，限制了其在日常生活中的应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明采用提拉法将纳米TiO2沉积在微棱镜膜表面，制得具有超亲水特性的微纳复合结构薄膜，使薄膜具有抗雾化和自清洁能力。
本发明通过下述技术方案实现。
一种抗雾化微纳复合结构薄膜，具有微纳复合结构，该薄膜依次包括表层纳米TiO2薄膜、底层微棱镜膜、PET基板和硅胶层。
进一步地，所述表层纳米TiO2薄膜中的TiO2粒子的粒径为8~12nm。
进一步地，所述表层纳米TiO2薄膜的厚度为20~50nm。
进一步地，所述底层微棱镜膜的棱镜间的角度为90°，棱镜间距为20~50μm。
进一步地，所述底层微棱镜膜的厚度为30~60μm。
进一步地，所述硅胶层的厚度为10~20μm。
进一步地，所述底层微棱镜膜、PET基板和硅胶层的总厚度为60~100μm。
进一步地，所述抗雾化微纳复合结构薄膜在使用时，直接将硅胶层表面贴附于玻璃表面。
制备上述任一项所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米TiO2溶胶：将钛酸正丁酯和无水乙醇混合均匀，在室温下利用磁力搅拌器搅拌，得到黄色澄清溶液A；往溶液A中依次逐滴加入冰醋酸和蒸馏水，以600~1000r/min的转速搅拌10~30min后水浴加热，得到纳米TiO2溶胶；
（2）制备微棱镜膜片：利用压印技术，将丙烯酸树脂在PET基板的一个表面上制成微棱镜结构，得到底层微棱镜膜；PET基板的另一表面上涂覆硅胶层；烘干固化后得到微棱镜膜片；
（3）在微棱镜膜片的硅胶层表面贴附一层保护膜，再将微棱镜膜片浸渍在步骤（1）制得的纳米TiO2溶胶中，取出微棱镜膜片，在底层微棱镜膜表面沉积了均匀的表层纳米TiO2薄膜；
（4）将沉积有表层纳米TiO2薄膜的微棱镜膜片置于恒温干燥箱中烘干，再置于马弗炉中煅烧，冷却，得到所述抗雾化微纳复合结构薄膜。
进一步地，步骤（1）中，所述钛酸正丁酯和无水乙醇的体积比为1:5。
进一步地，步骤（1）中，所述磁力搅拌器搅拌的时间为10~30min。
进一步地，步骤（1）中，冰醋酸和蒸馏水加入量为：溶液A、冰醋酸和蒸馏水的体积比为12:1:2。
进一步地，步骤（1）中，所述水浴加热为40~60℃水浴中加热1~2h。
进一步地，步骤（3）中，所述浸渍的时间为5~10min。
进一步地，步骤（3）中，取出微棱镜膜片的速率根据所需表层纳米TiO2薄膜厚度进行调整，优选为0.5~5mm/s。
进一步地，步骤（4）中，所述烘干是在60~80℃烘干。
进一步地，步骤（4）中，所述煅烧是在650~750℃煅烧3~4h。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点及效果：
（1）本发明一种抗雾化微纳复合结构薄膜具有超亲水性，可使打在其表面的水珠迅速扩散，并在重力辅助下沿微棱镜槽道定向流动，具有抗雾化和自清洁能力；
（2）本发明一种抗雾化微纳复合结构薄膜性能优越、耐久性能好、适用范围广，可广泛应用于包括汽车玻璃、建筑物玻璃幕墙和浴室玻璃；
（3）本发明一种抗雾化微纳复合结构薄膜同时结合了纳米TiO2薄膜的高光透过率、良好亲水性以及棱镜膜的增透特性的优点；
（4）本发明制备方法工艺简单、成本低。
附图说明
图1为本发明制备的抗雾化微纳复合结构薄膜的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明制备的抗雾化微纳复合结构薄膜的示意图如图1所示，该薄膜具有微纳复合结构，依次包括表层纳米TiO2薄膜1、底层微棱镜膜2、PET基板3和硅胶层4；底层微棱镜膜的棱镜间的角度为90°。
实施例1
（1）取10ml钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]缓慢滴入50ml无水乙醇中，在室温下利用磁力搅拌器搅拌30min，得到黄色澄清溶液A；往溶液A中依次逐滴加入5ml冰醋酸和10ml蒸馏水，以1000r/min的转速搅拌30min，之后在40℃水浴中加热2h，得到纳米TiO2溶胶；
（2）利用压印技术将丙烯酸树脂制成棱镜角度90°，棱镜间距20μm的微棱镜结构，厚度为30μm，制作在PET基板的一个表面上；在PET基板的另一个表面上涂覆一层厚度10μm的硅胶层；烘干固化后得到总厚度60μm的微棱镜膜片；
（3）在微棱镜膜片的硅胶层表面贴附一层保护膜，再将微棱镜膜片浸入到纳米TiO2溶胶中，浸渍10分钟后，以0.5mm/s的速率将微棱镜膜片从溶胶中取出，在微棱镜膜表面沉积一层均匀的TiO2粒子粒径为12nm的纳米TiO2粒子薄膜，纳米TiO2粒子薄膜的厚度为50nm；
（4）将制得的微纳复合结构薄膜置于80℃的恒温干燥箱中烘干，之后置于750℃的马弗炉中煅烧4h，冷却至室温，即得抗雾化微纳复合结构薄膜。
水滴在制得的抗雾化微纳复合结构薄膜表面的接触角为2°。
实施例2
（1）取10ml钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]缓慢滴入50ml无水乙醇中，在室温下利用磁力搅拌器搅拌20min，得到黄色澄清溶液A；往溶液A中依次逐滴加入5ml冰醋酸和10ml蒸馏水，以800r/min的转速搅拌20min，之后在50℃水浴中加热1.5h，得到纳米TiO2溶胶；
（2）利用压印技术将丙烯酸树脂制成棱镜角度90°，棱镜间距30μm的微棱镜结构，厚度为40μm，制作在PET基板的一个表面上；在PET基板的另一个表面上涂覆一层厚度15μm的硅胶；烘干固化后得到总厚度75μm的微棱镜膜片；
（3）在微棱镜膜片的硅胶层表面贴附一层保护膜，再将微棱镜膜片浸入到纳米TiO2溶胶中，浸渍8分钟后，以3mm/s的速率将微棱镜膜片从溶胶中取出，在微棱镜膜表面沉积一层均匀的TiO2粒子粒径为10nm的纳米TiO2粒子薄膜，纳米TiO2粒子薄膜的厚度为35nm；
（4）将制得的微纳复合结构薄膜置于70℃的恒温干燥箱中烘干，之后置于700℃的马弗炉中煅烧3.5h，冷却至室温，即得抗雾化微纳复合结构薄膜。
水滴在制得的抗雾化微纳复合结构薄膜表面的接触角为3°。
实施例3
（1）取10ml钛酸正丁酯[Ti(OC4H9)4]缓慢滴入50ml无水乙醇中，在室温下利用磁力搅拌器搅拌10min，得到黄色澄清溶液A；往溶液A中依次逐滴加入5ml冰醋酸和10ml蒸馏水，以600r/min的转速搅拌10min，之后在60℃水浴中加热1h，得到纳米TiO2溶胶；
（2）利用压印技术将丙烯酸树脂制成棱镜角度90°，棱镜间距50μm的微棱镜结构，厚度为60μm，制作在PET基板的一个表面上；在PET基板的另一个表面上涂覆一层厚度20μm的硅胶；烘干固化后得到总厚度100μm的微棱镜膜片；
（3）在微棱镜膜片的硅胶层表面贴附一层保护膜，再将微棱镜膜片浸入到纳米TiO2溶胶中，浸渍5分钟后，以5mm/s的速率将微棱镜膜片从溶胶中取出，在微棱镜膜表面沉积一层均匀的TiO2粒子粒径为8nm的纳米TiO2粒子薄膜，纳米TiO2粒子薄膜的厚度为20nm；
（4）将制得的微纳复合结构薄膜置于60℃的恒温干燥箱中烘干，之后置于650℃的马弗炉中煅烧3h，冷却至室温，即得抗雾化微纳复合结构薄膜。
水滴在制得的抗雾化微纳复合结构薄膜表面的接触角为4°。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗雾化微纳复合结构薄膜，其特征在于，所述薄膜具有微纳复合结构；该薄膜从上至下依次包括表层纳米TiO2薄膜、底层微棱镜膜、PET基板和硅胶层。
2.根据权利要求1所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜，其特征在于，所述表层纳米TiO2薄膜中的TiO2粒子的粒径为8~12nm；所述表层纳米TiO2薄膜的厚度为20~50nm。
3.根据权利要求1所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜，其特征在于，所述底层微棱镜膜的棱镜间的角度为90°，棱镜间距为20~50μm；所述底层微棱镜膜的厚度为30~60μm。
4.根据权利要求1所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜，其特征在于，所述硅胶层的厚度为10~20μm；所述底层微棱镜膜、PET基板和硅胶层的总厚度为60~100μm。
5.根据权利要求1所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜，其特征在于，所述抗雾化微纳复合结构薄膜在使用时，直接将硅胶层表面贴附于玻璃表面。
6.制备权利要求1~5任一项所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备纳米TiO2溶胶：将钛酸正丁酯和无水乙醇混合均匀，在室温下利用磁力搅拌器搅拌，得到黄色澄清溶液A；往溶液A中依次逐滴加入冰醋酸和蒸馏水，以600~1000r/min的转速搅拌10~30min后水浴加热，得到纳米TiO2溶胶；
（2）制备微棱镜膜片：利用压印技术，将丙烯酸树脂在PET基板的一个表面上制成微棱镜结构，得到底层微棱镜膜；PET基板的另一表面上涂覆硅胶层；烘干固化后得到微棱镜膜片；
（3）在微棱镜膜片的硅胶层表面贴附一层保护膜，再将微棱镜膜片浸渍在步骤（1）制得的纳米TiO2溶胶中，取出微棱镜膜片，在底层微棱镜膜表面沉积了均匀的表层纳米TiO2薄膜；
（4）将沉积有表层纳米TiO2薄膜的微棱镜膜片置于恒温干燥箱中烘干，再置于马弗炉中煅烧，冷却，得到所述抗雾化微纳复合结构薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述钛酸正丁酯和无水乙醇的体积比为1:5；所述磁力搅拌器搅拌的时间为10~30min；冰醋酸和蒸馏水加入量为：溶液A、冰醋酸和蒸馏水的体积比为12:1:2；所述水浴加热为40~60℃水浴中加热1~2h。
8.根据权利要求6所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述浸渍的时间为5~10min；取出微棱镜膜片的速率根据所需表层纳米TiO2薄膜厚度进行调整。
9.根据权利要求6所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，取出微棱镜膜片的速率为0.5~5mm/s。
10.根据权利要求6所述的一种抗雾化微纳复合结构薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述烘干是在60~80℃烘干；所述煅烧是在650~750℃煅烧3~4h。
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