CN114455855B - 一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 - Google Patents
一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114455855B CN114455855B CN202210170993.1A CN202210170993A CN114455855B CN 114455855 B CN114455855 B CN 114455855B CN 202210170993 A CN202210170993 A CN 202210170993A CN 114455855 B CN114455855 B CN 114455855B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrophobic
- glass
- wear
- teos
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 21
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 9
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 9
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical group [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 6
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 229940089951 perfluorooctyl triethoxysilane Drugs 0.000 description 3
- AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N triethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTRSWYWKHYAKEO-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-henicosafluorodecyl-tris(1,1,2,2,2-pentafluoroethoxy)silane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)O[Si](OC(F)(F)C(F)(F)F)(OC(F)(F)C(F)(F)F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F QTRSWYWKHYAKEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 241000227425 Pieris rapae crucivora Species 0.000 description 1
- -1 carbon chain alkane Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- OHABWQNEJUUFAV-UHFFFAOYSA-N dichloro-methyl-(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)CCC(F)(F)F OHABWQNEJUUFAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PKTOVQRKCNPVKY-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(methyl)silicon Chemical compound CO[Si](C)OC PKTOVQRKCNPVKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008157 edible vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- AVXLXFZNRNUCRP-UHFFFAOYSA-N trichloro(1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-heptadecafluorooctyl)silane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[Si](Cl)(Cl)Cl AVXLXFZNRNUCRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWKJTNBSKNUMFN-UHFFFAOYSA-N trifluoromethyltrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)F MWKJTNBSKNUMFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJROHELDTBDTPH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F IJROHELDTBDTPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
- C03C17/3441—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising carbon, a carbide or oxycarbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/42—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating of an organic material and at least one non-metal coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/73—Anti-reflective coatings with specific characteristics
- C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/78—Coatings specially designed to be durable, e.g. scratch-resistant
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/11—Deposition methods from solutions or suspensions
- C03C2218/112—Deposition methods from solutions or suspensions by spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
- C03C2218/152—Deposition methods from the vapour phase by cvd
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/32—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
本发明涉及超疏水材料的技术领域，特别是涉及一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法，其用玻璃基片通过过渡层为基底，通过长碳链高级烷烃或油脂分解形成疏松多孔的碳层结构，雾化后的TEOS与氨水在真空反应器内水解缩聚反应，化学气相沉积生成SiO2纳米颗粒层，软化点以下热处理后，再沉积低表面能修饰剂，从而制备出增透的超疏水膜层，形成疏水表面疏松多孔的结构，减少了固液接触面积，同时也减少了污染物的接触面积，当有水液滴在表面滚动时，超疏水表面污染物也容易被带走；得到的玻璃具有自清洁、增透及耐磨性质，使其在工农业生产、日常生活，尤其是光伏行业具有广阔应用前景；本发明方法工艺可操作性强，重复性好，安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及超疏水材料的技术领域，特别是涉及一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法。
背景技术
近年来，现代工业对疏水材料的需求快速增长，使功能化疏水材料受到广泛关注。通过设计不同结构特性的材料膜层，能实现表面疏水及新的附加功能。
但是，疏水材料在实际应用中一直面临挑战，即是否具有机械稳定性、耐候性等。在实际应用中表面结构不可避免地遭受摩擦、冲击等机械作用，使表面结构遭受破坏失去疏水性。因此开发具有稳定抗摩擦磨损的疏水涂层表面是推动疏水材料真正走向实际应用的关键问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法，其在玻璃基片表面生成二氧化硅基超疏水表面膜层，减少了固液接触面积，同时也减少了污染物的接触面积，当有水液滴在表面滚动时，超疏水表面污染物也容易被带走，具有自清洁、增透及耐磨性质。
为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明一方面提供一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，包括以下操作步骤：
A、前处理：将基片清洗干净；
B、过渡层制备：将过渡层溶液喷涂在基片表面，干燥处理；
C、碳层形成：通过长碳链高级烷烃或油脂分解，在基片表面形成疏松多孔的碳层结构；
D、SiO2纳米颗粒层形成：将C步骤基片放入真空反应器，将雾化后的TEOS与氨水通入真空反应器，生成SiO2纳米颗粒层；
E、热处理：将D步骤的样片放入电炉中，热处理，玻璃表面仅剩疏松结构的SiO2纳米颗粒层；
F、疏水膜生成：将低表面能修饰剂与E步骤试样放入真空反应器中抽真空静置，形成疏水膜。
本发明玻璃基片通过过渡层为基底，通过长碳链高级烷烃或油脂分解而提供的长链官能团和-CH 3 空间位阻的影响生成疏松多孔的碳层结构，同时改善光学性能；雾化后的TEOS与氨水在真空反应器内水解缩聚反应，化学气相沉积(CVD)生成SiO2纳米颗粒层；化学气相沉积获得的SiO2 层通常保持二维结构厚度，实现了光的透过率增强，还可完美复制所需纳米结构的复杂形貌；通过将反应试剂分别在反应器外雾化，再通入反应器，既可以获得较高的反应速度，又防止试剂蒸发后相互影响失效；如需连续反应，不用重新打开反应器更换试剂，重新抽真空，通入雾化后的反应试剂即可；SiO2纳米颗粒层经过热处理，在氧化碳层的作用，同时增加SiO2纳米颗粒层与过渡层、玻璃的化学键合，增强膜层结合力；使用低表面能修饰剂对SiO2纳米颗粒层进行修饰，在真空反应器中，低表面能修饰剂沸点降低，气化速度增加，可以将表面SiO2膜层间的气体排出，利于修饰剂分子进入间隙，使内层同样具有疏水性能，即使外侧被磨掉后，内层有同样的疏水性能。本发明方法得到的玻璃表面形成疏水表面疏松多孔的结构，减少了固液接触面积，同时也减少了污染物的接触面积，当有水液滴在表面滚动时，超疏水表面污染物也容易被带走；得到的玻璃具有自清洁、增透及耐磨性质使其在工农业生产、日常生活，尤其是光伏行业具有广阔应用前景；本发明方法工艺可操作性强，重复性好，安全环保。
一种可能的技术方案中，所述基片采用蚀刻AG玻璃。
与普通玻璃相比，化学蚀刻AG玻璃本身就带有微凹凸结构，可以保护沉积在凹陷处的SiO2晶体颗粒，达到耐磨作用。采用尼龙磨头，5N，120次循环摩擦磨损测试，普通白玻疏水性能消失，而本发明试样疏水角仍在110～139度之间；采用胶带测试法，2次粘贴后普通玻璃疏水性能消失，而本发明疏水角不变。
一种可能的技术方案中，所述过渡层采用硅酸钠溶液，在玻璃表面形成薄层Na2O·nSiO2，在热处理过程中可以与SiO2层形成中间过渡层，增强膜层与玻璃的结合力。
一种可能的技术方案中，所述硅酸钠溶液选用硅酸钠的模数≤2.5。
一种可能的技术方案中，所述雾化为采用超声波雾化器将TEOS和氨水生成微小液滴，通入反应器中；或者采用高压喷射方式将TEOS和氨水雾化，直接通入反应器中。
为了避免TEOS与氨水同时放入真空反应器中，TEOS水解产生絮状沉淀，本发明将反应试剂分别在反应器外雾化，再通入反应器，既可以获得较高的反应速度，又防止试剂蒸发后相互影响失效，如需连续反应，不用重新打开反应器更换试剂，重新抽真空，通入雾化后的反应试剂即可。
一种可能的技术方案中，所述真空反应器初始真空度为-0.1MPa，通入雾化反应剂过程控制在-0.06MPa～-0.08MPa，TEOS与氨水通入量为1:1～1:3体积比，反应时间3-5h。
一种可能的技术方案中，所述热处理温度在软化点以下，优选地，热处理的具体方法为：首先进行升温，升温速率5℃/min，于550～650℃保温，保温3～4h，然后进行降温处理，降温速率5℃/min；在氧化碳层的作用，同时增加SiO2层与过渡层、玻璃的化学键合，增强膜层结合力。
一种可能的技术方案中，将1～4mL低表面能修饰剂与E步骤试样放入真空反应器中，用高于1L/s的速度抽真空，直至真空度-0.08～-0.1MPa，静置3～4h，其间每隔1h抽一次真空；提高抽真空速率并维持-0.08～-0.1MPa的高真空度，即可以降低修饰剂的沸点，增加气化速度，又可以将表面SiO2膜层间的气体排出，利于修饰剂分子进入间隙，使内层同样具有疏水性能，即使外侧被磨掉后，内层有同样的疏水性能。
一种可能的技术方案中，所述低表面能修饰剂包括全氟辛基三乙氧基硅烷 、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三氯硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷和九氟己基三甲氧基硅烷的其中一种或几种的混合物。
一种可能的技术方案中，所述长碳链烷烃的碳数≥10。
附图说明
图1是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得的玻璃表面摩擦前接触角图；
图2是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得的玻璃表面摩擦后接触角图；
图3是不同SiO2沉积时间对光透过率的影响示意图；
图4是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法的步骤D得到扫描电镜图像；
图5是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法的步骤F表面热处理后扫描电镜图像；
图6是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法所得的玻璃摩擦磨损试验后扫描电镜图像；
图7是本发明实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法所得的玻璃摩擦磨损试验后放大5000倍后扫描电镜图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，包括以下操作步骤：
A、前处理：将蚀刻AG玻璃作为基片，在去离子水与无水乙醇中分别超声波震荡30min，再用等离子电浆清洗30min；
B、过渡层制备：选用模数≤2.5的硅酸钠，将硅酸钠溶于水，按照质量比1：100制备稀溶液，喷涂到基片表面，然后在100℃干燥；
C、碳层形成：通过石蜡燃烧分解，把基片放在中焰位置，在基片表面形成疏松多孔的碳层结构；
D、SiO2纳米颗粒层形成：将C步骤基片放入真空反应器，抽真空至-0.1MPa；采用超声波雾化器将TEOS和氨水生成微小液滴，通入反应器中，通入雾化反应剂过程控制在-0.08MPa，TEOS与氨水通入量为1:1体积比，中间每隔1小时重复抽真空和通入雾化反应剂的操作，反应时间3h，化学气相沉积(CVD)生成SiO2纳米颗粒层；
E、热处理：将D步骤的样片放入电炉中，首先进行升温，升温速率5℃/min，于600℃保温，保温3h，然后进行降温处理，降温速率5℃/min，玻璃表面仅剩疏松结构的SiO2纳米颗粒层；
F、疏水膜生成：将1mL全氟辛基三乙氧基硅烷与E步骤试样放入真空反应器中，用高于1L/s的速度抽真空，直至真空度-0.09MPa，静置3h，其间每隔1h抽一次真空，形成疏水膜。
如图1所示，实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得的玻璃样品在摩擦试验前接触角为156.2度；对其进行耐磨试验，即采用摩擦磨损试验机，5N，4.7mm尼龙磨头120次循环摩擦后，如图2所示，疏水接触角为132.8度，耐磨性较强；如图6所示，摩擦磨损试验后有明显的磨痕和残留的膜层；如图4所示，经过步骤D处理后，玻璃表层由多个相连的SiO2纳米颗粒组成，中间存在大量孔隙，纳米颗粒粒径约50nm；如图5所示，经过步骤F处理后，碳层消失，SiO2纳米晶粒与玻璃直接连接；如图7所示，摩擦磨损试验后，下层的膜层仍然是疏松多孔的结构。
实施例2
一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，包括以下操作步骤：
A、前处理：将蚀刻AG玻璃作为基片，在去离子水与无水乙醇中分别超声波震荡30min，再用等离子电浆清洗30min；
B、过渡层制备：选用模数≤2.5的硅酸钠，将硅酸钠溶于水，按照质量比1：80制备稀溶液，喷涂到基片表面，然后在120℃干燥；
C、碳层形成：通过煤油燃烧分解，把基片放在中焰位置，在基片表面形成疏松多孔的碳层结构；
D、SiO2纳米颗粒层形成：将C步骤基片放入真空反应器，抽真空至-0.1MPa；采用高压喷射方式将TEOS和氨水雾化，直接通入反应器中，通入雾化反应剂过程控制在-0.06MPa，TEOS与氨水通入量为1:2体积比，中间每隔1小时重复抽真空和通入雾化反应剂的操作，反应时间4h，化学气相沉积(CVD)生成SiO2纳米颗粒层；
E、热处理：将D步骤的样片放入电炉中，首先进行升温，升温速率5℃/min，于550℃保温，保温4h，然后进行降温处理，降温速率5℃/min，玻璃表面仅剩疏松结构的SiO2纳米颗粒层；
F、疏水膜生成：将2mL全氟癸基三乙氧基硅烷与E步骤试样放入真空反应器中，用高于1L/s的速度抽真空，直至真空度-0.1MPa，静置3.5h，其间每隔1h抽一次真空，形成疏水膜。
实施例2的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得的玻璃样品在摩擦试验前接触角为152.3度；对其进行耐磨试验，即采用摩擦磨损试验机，5N，4.7mm尼龙磨头120次循环摩擦后，疏水接触角为121.2度，耐磨性较强。
实施例3
一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，包括以下操作步骤：
A、前处理：将蚀刻AG玻璃作为基片，在去离子水与无水乙醇中分别超声波震荡30min，再用等离子电浆清洗30min；
B、过渡层制备：选用模数≤2.5的硅酸钠，将硅酸钠溶于水，按照质量比1：120制备稀溶液，喷涂到基片表面，然后在80℃干燥；
C、碳层形成：通过食用油燃烧分解，把基片放在中焰位置，在基片表面形成疏松多孔的碳层结构；
D、SiO2纳米颗粒层形成：将C步骤基片放入真空反应器，抽真空至-0.1MPa；采用超声波雾化器将TEOS和氨水生成微小液滴，通入反应器中，通入雾化反应剂过程控制在-0.07MPa，TEOS与氨水通入量为1:3体积比，中间每隔1小时重复抽真空和通入雾化反应剂的操作，反应时间5h，化学气相沉积(CVD)生成SiO2纳米颗粒层；
E、热处理：将D步骤的样片放入电炉中，首先进行升温，升温速率5℃/min，于650℃保温，保温3.5h，然后进行降温处理，降温速率5℃/min，玻璃表面仅剩疏松结构的SiO2纳米颗粒层；
F、疏水膜生成：将4mL全氟辛基三乙氧基硅烷与E步骤试样放入真空反应器中，用高于1L/s的速度抽真空，直至真空度-0.08MPa，静置4h，其间每隔1h抽一次真空，形成疏水膜。
实施例3的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得的玻璃样品在摩擦试验前接触角为152.5度；对其进行耐磨试验，即采用摩擦磨损试验机，5N，4.7mm尼龙磨头120次循环摩擦后，疏水接触角为118.8度，耐磨性较强。
实施例4
一种耐磨疏水及增透玻璃，由实施例1的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得。
实施例5
一种耐磨疏水及增透玻璃，由实施例2的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得。
实施例6
一种耐磨疏水及增透玻璃，由实施例3的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得。
对比例1
一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，其步骤A中的基片使用普通玻璃，其他操作步骤和实施例1相同，将实施例1和对比例1所得到的玻璃样品分别采用尼龙磨头，5N，120次循环摩擦磨损测试，普通白玻试样疏水性能消失，而实施例1试样疏水角仍在110～139度之间；分别采用胶带测试法，2次粘贴后普通玻璃试样疏水性能消失，而本发明试样疏水角不变。
对比例2
设置对照组、实施例1组、三个实验组，其中对照组的操作步骤和实施例1的不同处仅在于省略步骤D，三个实验组的操作步骤和实施例1的不同处仅在于步骤D中反应时间为6h、9h、12h，将所制得的玻璃样品进行太阳光（300nm-2500nm）照射，结果显示，如图3所示，实施例1的试样与对照组试样相比，300-2500nm全波段透过率增加5.3%，当沉积时间延长，三个实验组的试样300-1500nm波段透过率减少，1500-2500nm波段透过率几乎无差别。
对比例3
一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，与实施例3的操作步骤的不同处仅在于步骤E中是于450℃保温，将对比例3和实施例3所得的玻璃样品分别经过5次胶带测试后，实施例3的样品疏水角不变，对比例3的样品疏水性消失。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
A. 前处理：将基片清洗干净，所述基片采用蚀刻AG玻璃；
B. 过渡层制备：将过渡层溶液喷涂在基片表面，干燥处理；
C. 碳层形成：通过长碳链高级烷烃或油脂分解，在基片表面形成疏松多孔的碳层结构；
D. SiO2纳米颗粒层形成：将C步骤基片放入真空反应器，将雾化后的TEOS与氨水通入真空反应器，化学气相沉积生成SiO2纳米颗粒层，所述真空反应器初始真空度为-0.1MPa，通入雾化反应剂过程控制在-0.06MPa～-0.08MPa，TEOS与氨水通入量为1:1～1:3体积比，反应时间3-5h；
E. 热处理：将D步骤的样片放入电炉中，热处理，玻璃表面仅剩疏松结构的SiO2纳米颗粒层，热处理温度为550～650℃；
F. 疏水膜生成：将1～4mL低表面能修饰剂与E步骤试样放入真空反应器中，用高于1L/s的速度抽真空，直至真空度-0.08～-0.1MPa，静置3～4h，其间每隔1h抽一次真空，提高抽真空速率并维持-0.08～-0.1MPa的高真空度，形成疏水膜。
2.如权利要求1所述的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，其特征在于，所述过渡层采用硅酸钠溶液。
3.如权利要求2所述的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液选用硅酸钠的模数≤2.5。
4.如权利要求1所述的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法，其特征在于，所述雾化为采用超声波雾化器将TEOS和氨水生成微小液滴，通入反应器中；或者采用高压喷射方式将TEOS和氨水雾化，直接通入反应器中。
5.一种耐磨疏水及增透玻璃，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的耐磨疏水及增透玻璃的制备方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210170993.1A CN114455855B (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210170993.1A CN114455855B (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114455855A CN114455855A (zh) | 2022-05-10 |
| CN114455855B true CN114455855B (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=81416094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210170993.1A Active CN114455855B (zh) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | 一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114455855B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102249553A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种多晶硅薄膜的制备方法 |
| CN104418509A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 耐磨及超疏水的宽光谱增透涂层的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050056806A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-17 | Ellison Adam J. G. | Suppressing monovalent metal ion migration using aluminum-containing barrier layer |
-
2022
- 2022-02-24 CN CN202210170993.1A patent/CN114455855B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102249553A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种多晶硅薄膜的制备方法 |
| CN104418509A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 耐磨及超疏水的宽光谱增透涂层的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114455855A (zh) | 2022-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101100380B1 (ko) | 기재의 표면을 고소수성으로 처리하는 표면처리방법 | |
| CN108752988B (zh) | 一种超疏水硅溶胶及超疏水涂层的制备方法 | |
| US11643570B2 (en) | Invisible fingerprint coatings and process for forming same | |
| CN1946646B (zh) | 具有疏水表面和改进疏水性能耐用性的基材，特别是玻璃基材 | |
| Yue et al. | Fabrication of transparent and durable superhydrophobic polysiloxane/SiO 2 coating on the wood surface | |
| CN108761581B (zh) | 一种折射率可调的SiO2减反射膜的制备方法 | |
| CN111019523B (zh) | 一种超双疏涂层的制备及其应用 | |
| CN113372814B (zh) | 一种基于笼状聚倍半硅氧烷的超亲水功能涂层及其制备方法 | |
| CN111534162B (zh) | 一种蒙脱土基光催化超疏水涂料及其制备方法 | |
| CN106634064A (zh) | 耐磨超疏水涂料组合物 | |
| CN106517813B (zh) | 疏油疏水防雾玻璃及其涂层的制备方法 | |
| CN114455855B (zh) | 一种耐磨疏水及增透玻璃及其制备方法 | |
| WO2019080287A1 (zh) | 一种透明疏水耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN115286996A (zh) | 一种超疏水有机硅涂层及其制备方法与应用 | |
| Yang et al. | Preparation of nano-silica with radial wrinkle structures for self-cleaning and superhydrophobic coatings | |
| Widati et al. | Silica-methyltrimethoxysilane based hydrophobic coatings on glass substrate | |
| CN114276680B (zh) | 一种超疏水复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114804648B (zh) | 一种无氟自清洁涂层及其制备方法和应用 | |
| CN114892142B (zh) | 一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN109369882B (zh) | 一种基于纳米流体的二氧化钛薄膜制备方法 | |
| CN101945831A (zh) | 玻璃表面改性的方法 | |
| CN117659403A (zh) | 一种疏水性粘结剂和室温固化的透明超疏水涂层的制备方法 | |
| CN100528980C (zh) | 涂料及其使用方法 | |
| Salehi et al. | Aging time effect on wettability and transparency of Hexamethyldisilazane-modified silica thin film | |
| CN110449332A (zh) | 一种复合结构金刚石薄膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |