CN112322117A - 一种用于光学镜头的防尘涂料和煤场光学镜头的防尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤场光学设备清洁的技术领域，本发明提供了一种用于光学镜头的防尘涂料，包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括：100重量份的氟碳树脂；10‑30重量份的有机溶剂；0.2‑2重量份的分散剂；1‑2.5重量份的流平剂；固化剂；所述氟碳树脂包含羟基和羧基；所述第二组分包括：0.1‑1重量份的纳米二氧化硅；0.2‑2重量份的硅烷偶联剂和5‑50重量份的乙醇。本发明还提供一种煤场光学镜头的防尘方法，本申请方法主要利用防尘涂料，对光学镜头等设备可以长期有效防尘，而且该方法简单便捷，应用范围广，还可应用于煤场中其他设备。

Description

一种用于光学镜头的防尘涂料和煤场光学镜头的防尘方法

技术领域

本发明涉及煤场光学设备清洁的技术领域，具体地，涉及一种用于光学镜头的防尘涂料和煤场光学镜头的防尘方法。

背景技术

目前煤场中大多存在严重的扬尘问题，主要为堆煤区和运煤过程(比如煤的装卸和搬运)中产生的粉尘。煤场中粉尘危害极大，不仅污染作业环境，而且积灰会影响各类设备及仪器正常运行，增加维修成本，且缩短使用寿命。其中对于煤场中使用的光学设备(比如摄像头、相机)来说，粉尘问题会严重影响光学设备的精度，因此，光学设备防尘对于其日常运行和维护具有重要作用。

目前，煤场中设备大多依靠物理遮挡防护，或者通过风力及水力清洁来防止设备表面粉尘堆积。由于光学镜头等设备的特殊性，物理遮挡技术中只能利用透明遮挡膜的方式防尘，但是遮挡膜本身也容易积灰，难以达到完全的防尘效果。运用水力清洁的缺陷在于，精密的光学设备若无法及时干燥，会造成水分残留而引起更多粉尘吸附。而风力吹扫式清洁方式往往清洁效果不佳，而且扫吹后粉尘也极易再次吸附。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种用于光学镜头的防尘涂料和煤场光学镜头的防尘方法，本申请方法主要利用防尘涂料，对光学镜头等设备可以长期有效防尘，而且该方法简单便捷。

本发明提供一种用于光学镜头的防尘涂料，包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括：100重量份的氟碳树脂；10-30重量份的有机溶剂；0.2-2重量份的分散剂；1-2.5重量份的流平剂；固化剂；所述氟碳树脂包含羟基和羧基；

所述第二组分包括：0.1-1重量份的纳米二氧化硅；0.2-2重量份的硅烷偶联剂；5-50重量份的乙醇。

优选地，所述氟碳树脂为氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚树脂。

优选地，所述有机溶剂选自异丙醇、二甲苯、乙酸乙酯和醋酸丁酯中任意一种或多种。

优选地，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯树脂；所述固化剂中异氰酸酯基与氟碳树脂中羟基摩尔比为(1-1.1)：1。

优选地，所述流平剂选自德国毕克流平剂BYK-333、BYK-310和海明斯德谦835流平剂中任意一种。

优选地，所述纳米二氧化硅颗粒直径为10-15nm。

本发明提供一种煤场光学镜头的防尘方法，包括以下步骤：

采用前文所述的防尘涂料施加在光学镜头表面，形成防尘涂层。

优选地，首先将第二组分于光学镜头表面旋转涂布，然后将第一组分于相同表面继续旋转涂布，干燥，得到具有防尘涂层的光学镜头。

优选地，在施加防尘涂料之前还包括：首先将光学镜头置于含碱性物质的乙醇溶液中浸泡，然后用乙醇和水依次超声清洁，最后热风吹干，得到预清洁的光学镜头。

优选地，在形成防尘涂层之后还包括：对具有防尘涂层的光学镜头从镜头切面方向进行风力扫吹。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于光学镜头的防尘涂料，主要以第一组分中的氟碳树脂作为成膜剂，利用第二组分中的纳米二氧化硅作为模板，诱导该氟碳树脂在其表面自组装成纳米级突触结构的涂层，具有类似“荷叶”的微观结构，从而得到疏水、疏油且防尘的涂膜，防尘效果良好。本发明采用该涂料涂膜技术，用于煤场中光学镜头防尘，所形成的薄膜不影响光学镜头表面折光率和透光度，因此不会影响设备精度；而且相对物理遮挡等防尘方式，本发明这种新型的光学镜头的防尘方法能够有效且长期维护光学设备的清洁，保障了设备的正常运行等。

进一步地，为了防止由于重力原因产生的粉尘堆积，本发明方法优选在光学设备外部增加设置扫吹装置，能够定时扫吹镜头表面积灰，进一步保障清洁度。

附图说明

图1是本发明一些实施例中疏水涂膜形成反应机理示意图；

图2是本发明一些实施例中涂膜的微观形貌图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于光学镜头的防尘涂料，包括第一组分和第二组分；

所述第一组分包括：100重量份的氟碳树脂；10-30重量份的有机溶剂；0.2-2重量份的分散剂；1-2.5重量份的流平剂；固化剂；所述氟碳树脂包含羟基和羧基；

所述第二组分包括：0.1-1重量份的纳米二氧化硅；0.2-2重量份的硅烷偶联剂；5-50重量份的乙醇。

本申请方法主要利用防尘涂料，对光学镜头等设备可以长期有效防尘，而且该方法简单便捷，应用范围广，还可应用于煤场中其他设备。

本发明实施例提供的防尘涂料由第一组分和第二组分构成；第一组分主要包括氟碳树脂，其分子结构中包含羟基和羧基官能团，是主要成膜物质。氟碳树脂本身就是一种低表面能材料，具有一定防污效果。在本发明的具体实施例中，所述氟碳树脂优选为氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚树脂，即FEVE氟碳树脂，采用市售产品即可。

在本发明中，所述第一组分包括10-30重量份的有机溶剂，优选为11-26份，例如15、25重量份；所述有机溶剂优选为异丙醇、二甲苯、乙酸乙酯和醋酸丁酯中任意一种或多种，更优选为异丙醇或二甲苯，用于增加氟碳树脂的延展性及硅烷偶联剂等的助溶。

所述的第一组分包括固化剂，其用量按照氟碳树脂中的羟基比例计算。作为优选，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯树脂；所述固化剂中异氰酸酯基与氟碳树脂中羟基摩尔比优选为(1-1.1)：1。

本发明所述第一组分中还包括0.2-2份的分散剂，以及1-2.5份的流平剂；所述分散剂用量优选为0.5-1份，所述流平剂用量优选为1-1.5份。流平剂主要有丙烯酸类、有机硅类等，本发明所述流平剂具体优选为德国毕克流平剂BYK-333、BYK-310和海明斯德谦835流平剂中任意一种，优选为德国毕克流平剂BYK-333或BYK-310有机硅类。分散剂基本种类包括脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类、金属皂类等；具体地，所述的分散剂可为海明斯德谦分散剂904S(成分包括酸、硅酮等)。

在本发明中，以重量份计，所述第二组分包括0.1-1份的纳米二氧化硅，优选包括0.5-1重量份的纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅颗粒直径优选为10-15nm。并且，所述第二组分包括0.2-2重量份的硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的分子结构主要是有机官能团和硅烷氧基，本发明优选采用硅烷偶联剂KH550，其为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，能够提供对基材的强力键接。

此外，所述第二组分包括5-50重量份的乙醇，具体可为无水乙醇。所述乙醇的用量优选为10-45重量份，例如15、20、30、40份等。

本发明实施例主要采用氟碳树脂涂装形成超疏水涂层，能够有效防尘，并且由于具有良好的透光性，可以广泛应用于光学镜头防尘。在本发明的实施例中，该超疏水涂膜形成反应机理可如图1所示：首先纳米二氧化硅颗粒通过硅烷偶联剂进行表面修饰，通过脱水缩合作用将纳米二氧化硅表面偶联上亲油基团，使其可以较好地分散于乙醇溶液中；接着将改性后的纳米二氧化硅乙醇溶液旋涂在玻璃表面，玻璃表面具有的丰富的羟基可以与二氧化硅纳米颗粒表面的氨基反应，从而能够在玻璃表面形成均匀分布的纳米粒子层；然后将氟碳树脂旋涂在该纳米颗粒层之上，氟碳树脂末端的羧基同样可以与二氧化硅表面的氨基反应，从而稳定负载于玻璃表面上，并且形成有均匀凸起的薄膜。

本发明实施例所述防尘涂料所形成的薄膜在微观上具有“仿荷叶”结构(如图2所示，突触直径约为10微米，其中的小突触直径约为1微米)，能够形成纳米级突触结构。该微观结构能够使得涂膜表面和荷叶一样具有极高的接触角，限制了液滴在其表面的铺展，使得液滴能够呈现球状并且以较小的倾角滚落，进而具有超疏水、防污的作用。

本发明实施例提供了一种煤场光学镜头的防尘方法，包括以下步骤：

采用前文所述的防尘涂料施加在光学镜头表面，形成防尘涂层。本发明实施例首先将第二组分于光学镜头表面旋转涂布，然后将第一组分于相同表面继续旋转涂布，干燥，得到具有防尘涂层的光学镜头。

光学镜头一般是由玻璃材料制成；光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数，可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。在本发明中，所述的光学镜头等光学设备为本领域常用的仪器设备。

在施加防尘涂料之前，本发明实施例优选还包括：首先将光学镜头置于含碱性物质(如氢氧化钠)的乙醇溶液中浸泡，然后用乙醇和水依次超声清洁，最后热风吹干，得到预清洁的光学镜头。该预清洁的具体步骤为：首先置于1M的NaOH乙醇溶液中浸泡过夜，然后用乙醇和蒸馏水依次超声清洁，热风吹干。

本发明实施例将上述的防尘涂料通过旋涂在该洁净的镜头表面，形成平整的涂层。该涂装工艺具体包括：首先将纳米二氧化硅颗粒和硅烷偶联剂在无水乙醇中超声分散5-10min，使其能够在无水均匀分散并且表面与硅烷偶联剂进行偶联，将其滴加在洁净的普通硅酸盐玻璃等基材上；然后将其迅速用匀胶机上旋转涂布30s(转速可为1000-5000rpm)，优选静置10-15min，使其在玻璃表面形成一层均匀二氧化硅颗粒薄膜；接着将氟碳树脂和一定比例的有机溶剂进行稀释，加入固化剂、流平剂以及分散剂，在高速搅拌机中进行混合5-10min，再将其滴加在负载纳米二氧化硅的玻璃上，同样在匀胶机中旋转涂布30s(转速可为1000-5000rpm)后，在80℃下烘箱中烘干5-24h，或者室温下(温度25±5℃，相对湿度65±5％)自然风干3-24h，最后形成厚度均匀、光泽一致的薄涂层。

在形成防尘涂层之后，本发明优选还包括：对具有防尘涂层的光学镜头辅以风力清洁装置(也称风力扫吹装置)进行风力扫吹，能够有效且长期维护光学镜头的清洁，解决煤场中粉尘问题严重影响光学设备运行的问题。

在本发明的实施例中，该风力扫吹装置扫吹频率可调，范围为1-7天/次；其出风方向优选为镜头的切面方向，使得气流能够从镜头切面方向进行扫吹，扫吹效率更高。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的用于光学设备的防尘涂料和煤场光学镜头的防尘方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购得的常规产品。

以下实施例中，氟碳树脂为氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚FEVE氟碳树脂，F含量35％-76％；分散剂为海明斯德谦分散剂904S。

实施例1

1、配方：

(1)组分一

(2)组分二

纳米二氧化硅 0.8重量份；

KH550 0.8重量份；

无水乙醇 40重量份。

2、防尘涂膜制备及涂装工艺

首先将纳米二氧化硅颗粒(平均粒径11.3nm)和硅烷偶联剂KH550在无水乙醇中超声分散5min，再滴加在洁净的普通硅酸盐玻璃上。然后将其迅速用匀胶机上旋转涂布30s(转速为3000rpm)，静置10min形成一层均匀二氧化硅颗粒薄膜。接着将氟碳树脂和异丙醇进行稀释，加入固化剂(巴斯夫HDI(六亚甲基二异氰酸酯)三聚体，其用量按照氟碳中羟基比例计算，异氰酸酯基与氟碳树脂中羟基摩尔比为(1-1.1)：1)、流平剂(德国毕克流平剂BYK-333)以及分散剂，在高速搅拌机中进行混合5min，再将其滴加在上述负载纳米二氧化硅的玻璃上，同样在匀胶机中旋转涂布30s(转速为3000rpm)后，在80℃下烘箱中烘干5h，最后形成厚度均匀、光泽一致的薄涂层。

3、防尘涂膜性能测试

首先将普通硅酸盐玻璃进行预清洁，清洁步骤为：首先置于1M的NaOH乙醇溶液中浸泡过夜，然后用乙醇和蒸馏水依次超声清洁，然后热风吹干。将上述涂料通过上述旋涂工艺在该洁净的普通硅酸盐玻璃上，形成平整刷涂层，对其进行接触角、滚动角以及透光率测量。

测试方法如下：

(1)接触角测量：5μL蒸馏水滴缓慢滴在表面，每隔15s进行拍照记录，选取接触面与水滴的圆弧进行拟合，计算出接触角。

(2)滚动角测量：将6.5μL的水滴缓慢滴在表面，通过微型电机缓慢改变表面的倾角，当水滴滚动时，仪器进行拍照记录(每秒40张)，以水滴滚动时的倾角为滚动角。

(3)透光率测量：用紫外可见吸收光谱仪测定。

结果为：接触角143°；滚动角4°；透光率98％，具体参见表1。

实施例2

1、配方：

(1)组分一

(2)组分二

纳米二氧化硅 1重量份；

KH550 1重量份；

无水乙醇 30重量份。

2、防尘涂膜制备及涂装工艺

首先将纳米二氧化硅颗粒(平均粒径14.4nm)和硅烷偶联剂KH550在无水乙醇中超声分散10min，再滴加在洁净的普通硅酸盐玻璃上。然后将其迅速用匀胶机上旋转涂布30s(转速为3500rpm)，静置15min形成一层均匀二氧化硅颗粒薄膜。接着将氟碳树脂和二甲苯进行稀释，加入固化剂(德国拜尔HDI三聚体，其用量按照氟碳中羟基比例计算，异氰酸酯基与氟碳树脂中羟基摩尔比为(1-1.1)：1)、流平剂(德国毕克流平剂BYK-310)以及分散剂，在高速搅拌机中进行混合5min，再将其滴加在上述负载纳米二氧化硅的玻璃上，同样在匀胶机中旋转涂布30s(转速为3500rpm)后，在80℃下烘箱中烘干10h，最后形成厚度均匀、光泽一致的薄涂层。

防尘涂膜性能测试参见实施例1，结果如表1所示。

对比例1

将氟碳树脂用有机溶剂进行稀释，加入固化剂(同实施例1)、流平剂(德国毕克流平剂BYK-333)以及分散剂，在高速搅拌机中进行混合5min，再将其滴加在洁净玻璃上，在匀胶机中旋转涂布30s(转速为3000rpm)后，在80℃下烘箱中烘干5h。

本对比例与实施例1进行对比，不加入纳米材料，因此也不需要偶联剂和乙醇溶剂。

性能测试结果如下：

表1本发明实施例的防尘涂膜性能测试结果

测试项目	实施例1	实施例2	对比例1
				厚度/μm	76	148	47
接触角/°	143	132	110
				滚动角/°	4	5	10
透光率/％	98	97	98

由于煤场工况恶劣，扬尘严重，煤场中设备防尘要求更高。而目前防尘涂料主要应用于机械设备、电子设备以及建筑表面使用，并不关注涂料光学性能。因此，现有技术中的涂料一般没有良好的透光性能，会影响光学镜头使用。而且在建筑墙面和大型设备上也难以用风力扫吹来进行除尘。除此之外，常见的涂料中主要采用氯化橡胶、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等，相比于这些树脂，本发明所应用的氟碳树脂具有更好的耐候性，使得涂料层无需后续维护。

由以上实施例可见，本发明提供的防尘涂料形成超疏水、透光性好的防尘涂膜(其性能如下)，能够有效、长期防尘，可以广泛应用于光学镜头等设备的防尘。本发明方法简单便捷，还可应用于煤场中其他设备，应用范围广。并且，本发明还辅以风力清洁装置定期扫吹，能够使得光学设备更加长期清洁，保障其稳定运行，并减少其维护费用。

表2防尘涂膜性能测试结果

测试项目	测试结果
		厚度/μm	20-150
接触角/°	>130
		滚动角/°	<8
透光率/％	>96％

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于光学镜头的防尘涂料，包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括：100重量份的氟碳树脂；10-30重量份的有机溶剂；0.2-2重量份的分散剂；1-2.5重量份的流平剂；固化剂；所述氟碳树脂包含羟基和羧基；

所述第二组分包括：0.1-1重量份的纳米二氧化硅；0.2-2重量份的硅烷偶联剂；5-50重量份的乙醇。

2.根据权利要求1所述的防尘涂料，其特征在于，所述氟碳树脂为氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚树脂。

3.根据权利要求1所述的防尘涂料，其特征在于，所述有机溶剂选自异丙醇、二甲苯、乙酸乙酯和醋酸丁酯中任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的防尘涂料，其特征在于，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯树脂；所述固化剂中异氰酸酯基与氟碳树脂中羟基摩尔比为(1-1.1)：1。

5.根据权利要求1所述的防尘涂料，其特征在于，所述流平剂选自德国毕克流平剂BYK-333、BYK-310和海明斯德谦835流平剂中任意一种。

6.根据权利要求1所述的防尘涂料，其特征在于，所述纳米二氧化硅颗粒直径为10-15nm。

7.一种煤场光学镜头的防尘方法，包括以下步骤：

采用权利要求1-6中任一项所述的防尘涂料施加在光学镜头表面，形成防尘涂层。

8.根据权利要求7所述的防尘方法，其特征在于，首先将第二组分于光学镜头表面旋转涂布，然后将第一组分于相同表面继续旋转涂布，干燥，得到具有防尘涂层的光学镜头。

9.根据权利要求7所述的防尘方法，其特征在于，在施加防尘涂料之前还包括：首先将光学镜头置于含碱性物质的乙醇溶液中浸泡，然后用乙醇和水依次超声清洁，最后热风吹干，得到预清洁的光学镜头。

10.根据权利要求7-9任一项所述的防尘方法，其特征在于，在形成防尘涂层之后还包括：对具有防尘涂层的光学镜头从镜头切面方向进行风力扫吹。

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