[发明专利]防雾涂层、防雾涂层的制备方法及防雾玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术，尤其涉及一种防雾涂层、防雾涂层的制备方法及防雾玻璃。

背景技术

玻璃的雾化是指空气中的水蒸汽冷却至其露点时达到饱和状态，在玻璃制品表面凝结形成微小的液滴，这些液滴对光线进行折射和散射，造成玻璃的不透明现象。建筑物玻璃窗、浴室镜子、眼镜发生雾化都会给生活带来诸多不便，汽车挡风玻璃起雾给行车安全带来严重危害。

防雾玻璃就是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，使表面产生独特的物理化学特性，防止玻璃表面成雾，从而达到不影响镜面成像的能见度或玻璃的透光率的效果。防雾玻璃的制备方法主要分为两大类：在玻璃表面制备疏水性防雾涂层或亲水性防雾涂层。

若为疏水性防雾涂层，则类似于荷叶效应，其接触角增大，小液滴不能吸附在玻璃表面，而是聚集成水珠，当水珠达到一定尺寸时，在其自身重力作用下滑落，或通过外力如风吹、雨刷等方式除去。该方法效果明显，但是时效性差，由于小液滴的聚集或吹干、蒸发都需要一段时间，水滴会留在玻璃制品上，如棱镜般地影响成像和能见度，而且目前该方法耐久性不佳，无法保证玻璃制品作为耐用消费品的长期使用寿命。

若为亲水性防雾涂层，则会降低玻璃表面对水的接触角，使凝结在表面上的小液滴不形成微小的水珠，而是迅速在表面铺展开来，形成一层均匀的水膜，减少了光线的散射，保证了玻璃的透明度，从而达到防雾效果。同时，均匀的水膜随重力下落还可带走玻璃表面的污渍，试验表明，该方法可以去除大部分污渍，使玻璃具备一定的自清洁功能。

国外在20世纪60年代就开始了防雾玻璃和自清洁玻璃的研究。目前，世界上发达国家均有知名公司在从事自清洁玻璃的研究开发，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司等。日本率先开发出TiO₂光催化自清洁玻璃，迄今为止，国内外研究最多的仍是TiO₂光催化防雾薄膜。在紫外光照射下，纳米TiO₂可使玻璃表面附着的水滴迅速扩散成均匀的水膜，表面不会生成能够发生光散射的雾，可维持高度的透明性。此类防雾薄膜具有两大优点：紫外光照射下，对水的接触角迅速变小，最后可达到或接近零度，呈现出超亲水特性；TiO₂薄膜具有良好的耐磨损、耐擦伤等机械性能。但由于以下几点不足限制了其在实际中的推广应用：①利用TiO₂的光催化特性促使表面达到超亲水，需要有紫外光照射，停止照射后，接触角逐渐增大，表面又回到疏水状态，直至再次受到紫外光照射时，逐渐恢复超亲水性（约十分钟左右），而太阳光照射效果较差，需要很长一段时间才能恢复超亲水性；②根据对TiO₂薄膜超亲水性原理的最新研究结果，其超亲水性源于表面结构的变化，在紫外光照下，发生了价带电子的激发、迁移，产生大量的氧空位，正是这些空穴提供了超亲水性，但这些孔状结构很容易被难挥发的物质、表面污渍或者纳米尘埃堵住孔口，从而丧失亲水性，耐久性不理想；③TiO₂薄膜亲水性能的稳定性差，且其影响因素多，如光照强度、环境气氛、温度、表面清洁度、掺杂情况都会影响其亲水性能；④TiO₂薄膜同时具有光催化特性和超亲水特性，目前，国内外均侧重于研究其光催化特性，而对超亲水特性的研究相对较少。同时，对如何进一步提高其亲水性能，使其在弱光照条件下能够迅速恢复超亲水性，并在黑暗中也能长时间保持超亲水状态，仍需进行深入研究；⑤TiO₂薄膜的低温制备（120℃）及固化技术尚未很好解决；⑥TiO₂薄膜的光催化性、超亲水性的作用机理尚未完全搞清楚。W.L.Tonar等在玻璃基材表面制备了SiO₂与TiO₂的复合薄膜，即先涂覆一层SiO₂薄膜，再加一层TiO₂薄膜，可提高防雾性能，且在失去紫外线照射的条件下，亲水性也能维持较长一段时间，但与实际应用仍相差甚远。