[发明专利]利用疏水或疏油的纳米颗粒实现材料表面自清洁的方法

说明书

技术领域

自清洁纳米技术、纳米颗粒疏水疏油技术。

背景技术

 材料表面的处理工艺是现代工业中不可缺少的生产工艺。材料表面的自清洁处理也是满足生活需要所必须开发及不断深化提高的技术手段之一。以玻璃表面处理为例：玻璃表面的处理可分为抛光、磨砂、蒙砂、亲水自清洁或疏水自清洁。其中疏水自清洁涂料由于目前的技术方法在耐候性方面仅仅维持1-3年因而被整个玻璃行业所抛弃，在其他涂料行业也难以得到推广普及。

再比如汽车表面处理方法：常用的电泳烤漆、福特龙表面处理工艺，即以某些“表面能”极低的具有某些化学官能团的化学物质，通过物理或化学的方法或工艺牢固粘附在金属表面，利用化学物质“表面能”极低的特性，实现不易粘附灰尘的效果，起到“自清洁”目的。但是现实生活中人们仍然看到汽车表面沾满灰尘和泥浆。因此汽车需要不断的清洗以满足美观和二次污染环境的需要。

在材料学中，常用的疏水方法是：将颗粒表面或物质分子中的羟基（-OH)官能团、氨基（-NH2、-NH4)官能团、硝基官能团等以烷基（-CnH2n+1)或“氟”基（-F）取代。常用的疏油方法是：将颗粒表面或物质分子中的烷基官能团（-CnH2n+1)进行取代，通常以“氟”（-F）取代。常用的物理生物仿生方法：荷叶自清洁技术是世界上较先进的自清洁技术，主要仿效荷叶表面的0.2-20微米的凸起，使凸起之间充满空气，使荷叶表面具有疏水或亲水的功能。由此制得的荷叶涂料具有疏水功能，但目前市场上的荷叶涂料由于使用年限太低（约1-3年），因此几乎不被市场接受。同时市场上自清洁涂料还存在以下问题：疏水疏油处理后，疏水疏油角度小，（以疏水为例：疏水约120°以下）自清洁效果差（水滴滴落后能够看到水滴的行动轨迹，1秒内水滴运行的距离小于5cm,甚至小于1cm）耐候性较差(一般1-3年即可损坏，甚至不足1年，理论上低于5年)。由于耐候性较差，且没有显著效果，疏水的自清洁涂料被整个玻璃行业所放弃。

玻璃表面常用的处理工艺有：通过喷砂、蒙砂、化学腐蚀、电化学处理等方法在玻璃表面进行抛光或使玻璃表面凹凸不平，目的是透光而不透明或者是为了印花等玻璃表面处理技术，通常通过喷砂处理使玻璃的印花或着色极大地提高附着力，通常经粗糙化处理的玻璃表面可提高附着力3倍以上，并极大的提高使用年限。

纳米颗粒疏水材料通常具有良好的疏水效果，纳米颗粒需要粘合剂附着在物体表面上。但是通常的粘合剂附着方法有两个缺陷：一是附着力不足，容易脱落，使使用效果大打折扣。二是使用粘合剂后疏水效果降低，降低后的疏水效果不足以起到彻底自清洁的目的。与以上两种状况相对应的是：经过疏水化处理的纳米颗粒具有良好的疏水效果。

普通材料的表面处理工艺有其普遍的共同特征，但对玻璃材料而言，一般要求玻璃清洁的同时需要保持良好的透光和透明特性。透光是指光线可以透过玻璃但不一定是直线传播，比如磨砂后的玻璃形成散射作为屏风或者办公室隔断，就是透光而不透明，透明是指光能沿直线传播大部分光线不能形成散射不影响人们视线。关于光的透射、反射、折射、衍射、干涉等特征目前关心最多的是波的衍射。波的衍射条件是波可以绕过与波长相近或波长二分之一或四分之一的障碍物。这与天线接收无线电波类似。

   玻璃的疏水自清洁具有重要意义，在汽车挡风玻璃上运用疏水玻璃可以免除雨刷且由于雨刷存在给汽车带来的结构特征，比如快速行驶的汽车由于动力学原因必须将雨刷安装在槽内，否则引起雨刷震动损坏。公共汽车或火车在冬季由于内外温差较大，玻璃上水分凝结阻挡视线使玻璃形同虚设。宾馆酒店沿街玻璃上也同样在冬季存在水分凝结阻挡视线的问题，且水分凝结如同热力学上的“热管”，气体液体之间的相变促使热量快速传递，但在人们生活的汽车、火车、宾馆、酒店、商场、居住房之内，玻璃的水分凝结增加了耗能，如果玻璃具有自清洁功能不能粘结水分就不会形成水分在玻璃上凝结，也就会增强室内保温减少热量损失从而减少耗能，因此，在玻璃上进行加工使玻璃高度疏水化达到自清洁目的具有重要的战略意义。