[发明专利]一种自清洁防雾涂层薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自清洁防雾涂层薄膜的制备方法，属于薄膜技术领域。

背景技术

由于人类生产活动及自然力量等因素的影响，环境大气层中含有各种尺寸不同的漂浮粒子。这些灰尘粒子易黏附在空气中物体的表面而引起污染。特别是建筑物窗玻璃及汽车玻璃积聚灰尘后，既影响美观，又降低了玻璃的透光性能。尤其是汽车玻璃表面污染后，雨水在后视镜及车窗玻璃表面形成分散的水滴而使玻璃起雾，影响驾驶者对行驶路况的观察。理论上，水滴与固体材料表面的接触角取决于气液、气固及固液的界面张力。由此解决水在玻璃表面起雾问题可以从两个方面考虑：其一是在玻璃表面施以超疏水涂层，增大表面的水接触角，产生如同荷叶上水珠自行滚落效果而达到防雾目的；其二是在玻璃表面涂以超亲水的薄膜，使之接触的水形成水膜同样能起到防雾效果。但从实际应用的角度出发，还必须考虑到环境的复杂性，尤其是空气中的灰尘污染表面后将直接引起固液界面张力的变化而影响薄膜的疏水或亲水性能，因此这类方法只能起到短时间的效果。日本科学家Fujishima 对TiO₂的光致双亲性及光致催化性能的发现，使得玻璃具有自清洁功能成为可能。利用TiO₂的光催化性能可使积聚到玻璃表面的有机灰尘物质被光催化分解，同时利用其光致双亲性使与之接触的水在玻璃的表面形成铺展的水膜，由此使玻璃维持优异的透光率。TiO₂的光催化活性受到其晶型、结晶度、晶粒尺寸等多种因素的影响，因此制备时须选择合适的工艺条件才能达到理想的效果。制备TiO₂薄膜有多种方法，如溶胶-凝胶法、化学蒸汽沉积法、磁控溅射法等，其中溶胶-凝胶法具有不需要昂贵的设备、工艺简单、成本较低、能够实现大面积薄膜的制备等优点。

 

发明内容

针对建筑物外墙材料表面及玻璃使用中的污染问题，本发明提出一种具有丰富纳米尺寸气孔的TiO₂/SiO₂复合薄膜的制备方法。该复合薄膜具有以下特征：整个薄膜的微观上由锐钛型TiO₂颗粒密集堆积而成，TiO₂颗粒间及颗粒与玻璃基底之间由无定形SiO₂黏结；薄膜中分布有连续的纳米尺寸的气孔通道，这些气孔与表面的TiO₂颗粒协同提供了合适的粗糙度系数，能够有效降低水在表面的表观接触角；无定形SiO₂所携带的大量的OH基团能进一步提高薄膜表面的水润湿性能，从而弥补夜晚无光照条件下接触角的回升，使薄膜始终能够维持超亲水性能；薄膜经室外长时间放置后仍然能保持其超亲水性能。

 

本发明实现上述TiO₂/SiO₂复合薄膜的技术方案是：首先结合溶胶凝胶与微乳法配置了钛酸四正丁酯的分散体系，将该分散体系置于100～200 ℃的条件下水热反应24 h，获得TiO₂颗粒。然后将一定量的SiO₂溶胶分散到TiO₂颗粒的悬浊液中，再采用浸渍-提拉技术在玻璃的双侧面涂进行涂膜。在干燥过程中，SiO₂溶胶粒子由于毛细管力的作用集中到TiO₂颗粒相互间的接触处，经热处理形成无定形的SiO₂。

一种自清洁防雾涂层薄膜的制备方法，按照下述步骤进行：

一、纳米TiO₂颗粒的制备：

（1）将钛酸正丁酯（TBOT）与乙酰丙酮（ACAC）按物质的量比n(ACAC)/n(TBOT) = 1～5混合，搅拌反应10 min后，加入环己烷（HEX），加入的体积比为V(HEX)/V(TBOT) = 0.4。继续搅拌0.5 h得到溶液A。

（2）配置72～800 mg/L十二烷基苯磺酸的二次蒸馏水溶液B。

（3）在磁力搅拌下，按体积比V(A)/V(B) = 9/40，将溶液B加入到溶液A中，持续搅拌20 min，得到TBOT的乳液。

（4）向形成的乳液中加入无水乙醇（EA），混合的体积比为V(EA )/V(B) = 1。搅拌30min，得到澄清透明的微乳液。

（5）将微乳液转移至带有聚四氟乙烯内杯的反应釜中，在100～200℃的温度下反应24 h。

二、SiO₂溶胶的配置：