[发明专利]一种制备透明超疏水自清洁涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于透明超疏水涂层制备技术领域，特别涉及一种在玻璃、石英等任意形状基底上制备透明、超疏水、自清洁涂层的方法。

背景技术

超疏水现象在自然界非常广泛，很多植物、动物、昆虫都具有超疏水的表面。超疏水表面一般指接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面具有很多独特的表面特性：如自清洁性、防污性、疏水性等，使得其在很生活、生产领域都具有巨大的应用前景。

透明的超疏水涂层，具有良好的可见光透过性和疏水性，将其应用在玻璃表面，可以制备出自清洁玻璃。这种玻璃可以作为汽车、飞机的挡风玻璃，当雨水落到玻璃上时，会快速的滚落而不粘附在玻璃上，同时带走落在玻璃上的灰尘，保持表面清洁，保证雨天驾驶过程中的视野，提高了驾驶安全性；如果透明超疏水涂层应用在高层建筑的表面和玻璃上，可以减少清洁次数，降低清洁费用和高空作业的危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便的制备大面积透明超疏水自清洁涂层的方法，该透明超疏水自清洁涂层可以应用在复杂表面，克服当前技术中制备透明超疏水涂层需要昂贵仪器、制备困难的缺点。

本发明所述方法的步骤如下：

1.基底的处理：本发明所述方法不受基底的形状和大小的影响，平面、曲面或不规则表面的基底均可适用，适合本发明使用的典型的基底为玻璃和石英。首先，将基底依次用几种极性不同的溶剂按溶剂的极性从小到大进行清洗，如依次用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸馏水进行清洗；然后，再经H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液处理即可以使基底的表面带有一层硅羟基；

2.涂层溶液的制备：将带有负电荷的无机纳米粒子溶于溶剂中，超声20～60分钟配成浓度为1.0～10.0mg/mL的无机纳米粒子溶液；再将阳离子聚合物溶于去离子水中，制备成浓度为1.0～10.0mg/mL的溶液；

3.微纳复合表面的制备：将步骤1处理过的基底交替浸泡在步骤2所制备的两种溶液中各3～20分钟，每次浸泡后将基底取出并用去离子水冲洗、吹干，从而完成一个周期的层状组装膜的制备；重复上述过程，从而在基底上利用层状组装技术制备不同粗糙度的多层微纳复合结构涂层；

4.涂层的热处理：将通过步骤3获得的制备有多层微纳复合结构涂层的基底放入马弗炉中在400℃～600℃温度条件下加热1～3小时，除去有机物成分，并使无机纳米粒子交联以增加涂层的稳定性；

5.疏水物质的修饰：将步骤4获得的基底再在100℃～150℃温度条件下进行化学气相沉积，将含疏水链的分子修饰在涂层表面，从而在基底上得到透明超疏水自清洁涂层。

本发明所述的带有负电荷的无机纳米粒子为TiO₂、CaCO₃或SiO₂等，粒径在10～50nm之间；

本发明所述的用于溶解无机纳米粒子的溶剂为丙酮、乙醇、甲醇或异丙醇中的一种与去离子水的混合溶剂，按体积丙酮、乙醇、甲醇或异丙醇与去离子水的用量比例为1∶1～1∶8；

本发明所用的阳离子聚合物为聚二甲基二丙烯基胺盐酸盐或聚丙烯胺；

本发明所用含疏水链的分子为四氢全氟C₄～C₁₆烷基三甲基硅烷或四氢全氟C₄～C₁₆烷基三烷氧基硅烷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，成本低；

2.可以在非平面复杂结构基底上制备透明超疏水涂层；

3.制备的透明超疏水，接触角大于150°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性；

4.制备的超疏水玻璃，具有良好的可见光透过性，平均可见光透过率高达90％以上。

附图说明

图1：实施例1所得透明超疏水表面场发射扫描电镜图；

图2：实施例1所得透明超疏水表面接触角状态图；

图3：实施例1所得透明超疏水玻璃透过率(实线)与未修饰透明超疏水涂层的玻璃的透过率曲线图(虚线)；

图4：实施例1所得透明超疏水玻璃实物图；

图5：实施例2所得透明超疏水表面接触角状态图；

图6：实施例3所得透明超疏水表面接触角状态图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步的描述：

场发射扫描电镜图由XL30 ESEM FEG型场发射扫描电镜获得。