CN107032634A

CN107032634A - 一种玻璃疏水薄膜的制备方法

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Publication number: CN107032634A
Application number: CN201710165562.5A
Authority: CN
Inventors: 张小锋; 周克崧; 邓春明; 宋进兵; 邓畅光; 刘敏; 毛杰; 张吉阜; 杨焜; 徐丽萍; 陈志坤; 曾威
Original assignee: Guangdong Institute of New Materials
Current assignee: Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2037-03-20
Also published as: CN107032634B

Abstract

一种玻璃疏水薄膜的制备方法，其步骤是：将PTFE(聚四氟乙烯)乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的混合溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有混合溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出。本发明的目的在于提供一种疏水性好、透光性强、耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜的制备方法。

Description

一种玻璃疏水薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种材料表面改性方法，具体是涉及一种在玻璃表面制备疏水薄膜的方法。

背景技术

润湿性是材料表面的重要特征之一，随着对自然界中自清洁现象和润湿性可控表面的深入研究，制备无污染、自清洁表面的梦想成为现实。通常将表面与水接触角小于90°的表面称为亲水表面，大于90°的表面为疏水表面。疏水表面在国防、工农业生产和人们日常生活中有着重要的应用前景，引起人们的普遍关注。疏水表面已经被广泛应用于不同领域如天线、门窗防积雪，船、潜艇等外壳降低阻力，石油输送管道内壁、微量注射器针头防止粘附堵塞、减少损耗，纺织品、皮革制品的防水、防污等。

疏水表面的应用往往涉及固体材料表面，固体材料表面自由能（即表面张力）越大，固体越容易被液体润湿。一般来说，金属及其氧化物、玻璃和无机盐的表面能较高，为亲水表面；有机固体及高聚物的表面一般自由能较低为疏水表面。当金属或者玻璃等固体表面需要具备疏水表面时，可在其表面制备疏水薄膜。疏水薄膜如能应用到玻璃表面制备出疏水玻璃，则可用到汽车挡风玻璃、高层建筑幕墙等，使得玻璃表面具有免于打理，从而拥有节水、节能、环保的优点，这是源于疏水薄膜表面的污染物或灰尘能够在外力作用下自动脱落。

疏水薄膜的制备方法较多，主要包括溶胶-凝胶法、Layer-by-Layer法和模板法。溶胶-凝胶法是指将原料分散在溶剂中，原料经过水解生成活性单体，活性单体缩聚形成溶胶，再经过处理形成凝胶。该方法具有反应物种类多，过程易于控制，产物颗粒均一等优点。利用溶胶-凝胶过程形成的纳米颗粒，通过浸涂、提拉等附着到在各种基底上，再经过低表面能有机物修饰，可以在固体表面上轻松实现疏水性能。Layer-by-Layer法也称层-层自组装技术，该技术中自组装层与层之间通过静电作用、共价键、氢键、电荷等相互作用连在一起，该方法具有材料成分、尺寸、形貌可控的优点，可用于各种疏水薄膜制备，但该方法制备效率低。模版法，该方法是制备纳米疏水薄膜的一种重要技术，可对所制备薄膜的尺寸、结构、排列及形貌进行调控，进而获得特殊的超疏水性能，但该方法制备存在工艺复杂、制备面积小、实际服役时间过短的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种通过物理汽化工艺对特殊配方的溶液进行雾化处理，工艺简单、操作容易、效率高，从而在玻璃表面获得超微粒子结构的疏水薄膜的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的玻璃疏水薄膜的制备方法，其特点是包括以下步骤：

1）将PTFE(聚四氟乙烯)乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，通过除泡机在0.1Pa低压下搅拌60min进行除泡并静置；

2）采用雾化喷枪把真空除泡后的混合溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；

3）把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

上述步骤1）中所述混合溶液的各组成成分的体积配比为：PTFE(聚四氟乙烯)乳液40～60%、环氧丙烯酸脂8～15%、SiO₂溶胶12～20%、无水乙醇5～15%、去离子水7～20%、正丁醇3～6%。

上述步骤3）中所述热处理的条件为：120～170℃保温2h，350～420℃保温3h，升温速率为10℃/min。

因此，本发明提供一种透光性高、耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。在疏水薄膜所用材料中，PTFE表面能低，具有极佳的化学稳定性，是一种良好的疏水材料，但因材质较软，耐磨性差，一定程度上限制了其应用范围，且单一的PTFE材料需经过复杂的表面活化才能与薄膜界面粘结及常温固化。环氧丙烯酸脂具有良好的固化性和成型性，且粘结性和韧性较佳，耐高低温性和耐酸碱腐蚀也较好。SiO₂溶胶包括SiO₂、水和羟基，其中所含有大量的SiO₂纳米、亚微米颗粒使得薄膜具有良好的耐热性以及成膜后较高的硬度，进而可提高疏水薄膜的耐刮性。无水乙醇和去离子水做为稀释剂用于调节混合溶液的溶度和黏性，正丁醇作为除泡剂加入溶液中，低压下搅拌混合溶液能快速促使混合溶液中的空气向外释放，此外，也保证混合溶液雾化喷涂过程中不容易裹挟空气进入玻璃片表面疏水薄膜中，保证了玻璃的高透光性。为了验证本发明玻璃疏水薄膜的疏水性能，进行了水润湿角测试，如图1为市售玻璃的润湿角测试图片，其中润湿角为26.0°；通过本发明方法制备疏水薄膜后，玻璃的润湿角为108.2°，其测试图片如图2所示，因此本发明所制备的薄膜对玻璃表面的疏水性能有了大幅度的提高。

本发明提出一种新型的喷雾沉积法，该方法是一种通过物理汽化工艺对特殊配方的溶液进行雾化处理，从而在固体表面获得超微粒子结构的疏水薄膜的制备方法。通过该方法制备的疏水薄膜具有高疏水性、高透光性和强耐刮蹭性，可广泛应用于玻璃疏水薄膜。

附图说明

图1为市售玻璃的润湿角测试图。

图2为本发明实施例1的带疏水薄膜的玻璃润湿角测试图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的制备方法作进一步说明。

实施例1：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液40%、环氧丙烯酸脂15%、SiO₂溶胶12%、无水乙醇10%、去离子水20%、正丁醇3%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：120℃保温2h，350℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

实施例2：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液60%、环氧丙烯酸脂15%、SiO₂溶胶12%、无水乙醇3%、去离子水7%、正丁醇3%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：130℃保温2h，370℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

实施例3：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液50%、环氧丙烯酸脂10%、SiO₂溶胶15%、无水乙醇8%、去离子水13%、正丁醇4%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：140℃保温2h，390℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

实施例4：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液40%、环氧丙烯酸脂12%、SiO₂溶胶16%、无水乙醇12%、去离子水15%、正丁醇5%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：150℃保温2h，400℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

实施例5：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液45%、环氧丙烯酸脂8%、SiO₂溶胶18%、无水乙醇13%、去离子水10%、正丁醇6%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：160℃保温2h，350℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

实施例6：

将PTFE乳液、环氧丙烯酸脂、SiO₂溶胶、无水乙醇、去离子水、正丁醇按一定体积比配制成混合溶液，该混合溶液的体积配比为：PTFE乳液55%、环氧丙烯酸脂9%、SiO₂溶胶20%、无水乙醇5%、去离子水8%、正丁醇3%，再通过除泡机在0.1Pa的低压下对混合溶液搅拌60min进行除泡并静置；采用雾化喷枪把真空除泡后的溶液在0.2MPa压力下均匀喷涂在玻璃片表面，喷枪移动速度为200mm/s；把喷涂有溶液的玻璃片放置在真空炉中进行热处理，喷涂面朝上，并在0.2Pa低压下烘烤，并随炉冷却取出，其中热处理的温度制度是：170℃保温2h，420℃保温3h，升温速率为10℃/min，从而制得疏水性好、透光性强及耐刮蹭性好的玻璃疏水薄膜。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims

1.一种玻璃疏水薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述玻璃疏水薄膜的制备方法，其特征在于上述步骤1）中所述混合溶液的各组成成分的体积配比为：PTFE(聚四氟乙烯)乳液40～60%、环氧丙烯酸脂8～15%、SiO₂溶胶12～20%、无水乙醇5～15%、去离子水7～20%、正丁醇3～6%。

3.根据权利要求1所述玻璃疏水薄膜的制备方法，其特征在于上述步骤3）中所述热处理的条件为：120～170℃保温2h，350～420℃保温3h，升温速率为10℃/min。