[发明专利]一种超亲水玻璃表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超亲水玻璃表面的制备方法，属亲水表面材料技术领域。

背景技术

超亲水材料是指材料表面与水的接触角小于5°的材料。这种材料可以广泛地应用于自清洁、防雾、提高热交换效率等领域，具有非常广阔地应用前景和不可替代的重要作用（参见文献：化学进展，2011, 23: 1831-1840）。

Wang等（Wang R，Hashimoto K，Fujishima A，et al．Nature，1997，388: 431-432）首先发现通过紫外光的照射，一定结构的二氧化钛薄膜表面能形成亲水微区使接触角则不断减小，最终达到超亲水效果，其接触角接近于0°。由于超亲水材料会使水滴在材料表面快速铺展，非常容易与材料表面污物间形成一层水膜并将污物带走，因此超亲水表面也与超疏水材料一样具有自清洁效应。同时，由于超亲水材料表面能使水滴瞬间铺展，防止水滴在材料表面粘结、停留，因此具有理想的防雾功能。这种防雾性能对于车窗后视镜、玻璃及医学材料等领域来说可以发挥至关重要的作用。例如具有二氧化钛涂层的腹腔镜拥有很好的防雾功能，从而与普通腹腔镜相比无需从腹腔撤回进行除雾就可以完成手术，大大降低手术风险。另外，也有研究表明水滴在超亲水表面的迅速铺展会加快相关材料的热传递速率。材料中具有超亲水性能的表面可以使生物分子、纳米颗粒和细菌等进行定向转移和固定。上述超亲水材料的特性对于日常生活和工业、医疗的应用都有重要的价值。

目前，超亲水材料的制备通常是采用溶胶-凝胶、电化学、氧化还原、模板制备等方法在材料表面引入无机纳米材料、亲水性高分子材料和表面活性剂等材料增加材料的表面能和润湿性。同时，通过沉积亲水性纳米粒子等方法在材料表面形成纳米粗糙结构，进一步增强材料的亲水性能，达到超亲水的效果。常用的材料有氧化硅、氧化钛、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。有科学家利用In₂O₃-SnO₂的玻璃基底作为工作电极,铂金作为对电极，用电化学方法成功制备了超亲水表面，使材料的接触角降不超过2°。这种制备方法的优点是无需光照即可得到超亲水表面，但是其亲水性最多维持两天。也有科学家将AgNO₃溶液与对苯二胺混合进行还原反应，通过对工艺条件的控制来调节还原出来的银颗粒形状。其中具有球形银颗粒材料的表面接触角接近于0°。通过硅溶胶复制弹性体模板的结构制备具有纳米结构的SiO₂薄膜，并对这种薄膜进行热处理后，其材料表面也呈超亲水性。相关研究表明，制备超亲水表面的关键是控制材料表面的微观结构和表面化学组分。目前受制备方法、材料表面微结构的机械强度等的限制，超亲水材料表面的制备还是缺乏简单、经济和环境友好的制备方法，现有的方法都需要使用昂贵的仪器设备或复杂的工艺流程，难以进行低成本、方便地超亲水表面制备。 

综上所述，超亲水材料优异的性能和广泛的用途使其具有很好的应用前景和价值，因此开发简单可行、环保经济的新制备方法成为迫切的需要。特别是不需要特殊设备、环境友好、易于实现工业化生产的新制备方法，将大大推动超亲水材料的应用和发展。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备超亲水玻璃表面的方法，该方法不需要特殊设备、环境友好、易于实现工业化生产、适用面广。

实现本发明目的所采用的技术方案是提供一种超亲水玻璃表面的制备方法，包括如下步骤：

（1）按重量计，将150～300份切片石蜡、50～100份硬脂酸加热至完全熔融后，在加热条件下加入5～20份无水碳酸钠，搅拌得到熔体A；

（2）在加热、搅拌条件下，按重量计，将1～10份助剂、20～50份蜂蜡加入到熔体A中，得到熔体B；所述助剂为乙酸钠、柠檬酸钙、无水四硼酸钠、磷酸氢二钾、乙酸钙中的一种；

（3）将熔体B在75～85℃的真空烘箱中脱泡处理后，倒入预置棉线的模具中，待熔体B冷却、凝固后从模具中取出，得到凝固物C；

（4）点燃凝固物C中的棉线，待燃烧的火焰稳定后，将玻璃置于火焰整体高度的4/5处，使燃烧时产生的纳米颗粒沉积在玻璃表面，沉积时间为0.5～1.5分钟；

（5）将完成沉积后的玻璃置于气氛炉中，以速率为10℃～30℃/分钟加热到230～590℃；加热的同时通入气体；

（6）将完成加热的玻璃在通入气体的条件下自然冷却至室温，得到具有超亲水表面的玻璃。