[发明专利]超亲水自清洁防雾的减反增透涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及超亲水自清洁防雾的减反增透涂层及其制备方法。

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。而自清洁防雾玻璃(Anti-fogging glass)就是指普通玻璃在经过特殊处理之后，使玻璃表面具有超亲水特性，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，同时也无需经传统的人工擦洗而使玻璃清洁。目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁防雾玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；美国W.L.Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃，是在玻璃基材的表面形成具有光催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO₂和Al₂O₃)薄膜。然而这些技术都利用了TiO₂光催化特性促使玻璃表面达到超亲水，适用条件会受到限制，因为需要有光照的环境才能进行催化作用；而且这些涂层的透光性都不好。

近年来，科学家通过研究具有自清洁功能的荷叶的表面拓扑结构，发现荷叶微观表面非常粗糙，且由超疏水性物质组成，于是，科学家开始制备具有粗糙表面(即类似于覆盆子的形状)的球形粒子，并利用这种球形粒子来制备自清洁涂层。Ming等将氨基功能化的二氧化硅小粒子在环氧基功能化的二氧化硅大粒子表面通过化学键进行组装制备覆盆子状粒子，并利用这种复合粒子构筑具有双尺度粗糙的超疏水薄膜(W.Ming，D.Wu，R.van Benthem，and G.de With，Nano Letters，2005，5，2298.)，但是这种方法一般需要表面修饰过程，这不仅增加了实验步骤，也提高了制备成本。本发明申请人曾利用大小两种粒径SiO₂粒子组装覆盆子状球形粒子(公开号：CN101168475A)和制备覆盆子状复合粒子(申请号200910092551.4)，它们都成功组装出了超亲水和防雾性能的多孔的二氧化硅涂层，它们虽然都具有优良的超亲水防雾性能，但其自清洁性能必须依靠降水，在没有降水或者降水很少的区域应用时受到局限。因此研制和开发具有兼顾光照和降水限制的自清洁防雾功能涂层是十分必要和有意义的。

发明内容

本发明的目的之一是提供具有与覆盆子果实结构类似的二氧化钛-二氧化硅复合纳米粒子的超亲水自清洁防雾的减反增透涂层，涂有该涂层的玻璃片的透光率能从91％提高到97％。

本发明的目的之二是提供采用静电自组装方法，将纳米粒子和聚电解质交替组装，从而提供制备方法和工艺简单、原料廉价、成本低、适用范围广的表面具有与覆盆子果实结构类似的二氧化钛-二氧化硅复合纳米粒子的超亲水自清洁防雾的减反增透涂层的制备方法。

本发明采用了粒径大约为20nm的实心SiO₂球形纳米粒子和具有与覆盆子果实结构类似的粒径为30～110nm的二氧化钛-二氧化硅复合纳米粒子，利用简便的Layer-by-Layer(LbL)层层自组装技术原位制备出粗糙结构的超亲水(水滴在涂有该涂层的玻璃表面上的接触角趋近0度)自清洁防雾的减反增透涂层。本发明通过调节实心SiO₂球形纳米粒子和核壳结构的二氧化钛-二氧化硅复合纳米粒子的组装层数，可以制备出多种类似荷叶表面结构的阶层双粗糙的涂层，亲水接触角接近零度。涂有本发明的超亲水防雾的自清洁减反增透涂层的玻璃片的透光率能从91％提高到97％。本发明提供了一种在可见光区域减反增透，同时具有超亲水自清洁防雾性能的多功能涂层制备方法，制备工艺简单、成本低、效果明显、适用范围广等技术优势。

本发明的超亲水自清洁防雾的减反增透涂层结合了二氧化钛优异的光催化自清洁性能和二氧化硅纳米粒子层无需紫外光照就具有超亲水性能的优点。本发明的超亲水自清洁防雾的减反增透涂层在降水的条件下，液滴在涂层表面可以快速铺展从而带走污染物，而在无降水的情况下，二氧化钛粒子的光催化性能可以降解污染物，仍可以发挥自清洁性能。