[发明专利]一种用于玻璃的自清洁纳米防护液及制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明属于涂料加工技术领域，特别涉及一种用于玻璃的超疏水自清洁纳米防护液及其制备方法。

（二）背景技术

玻璃是现代生活和装饰的重要材料，主要通过人工清洗来保持玻璃清洁透明。高层建筑采用的玻璃幕墙，污浊的空气、雨水等污染物会使其失去光彩，透光率下降，采用常规清洗方法，清洗费用高，且存在安全隐患；汽车挡风玻璃和后视镜在雨天会形成水膜，可能导致车祸发生；冬天气温很低，汽车玻璃会产生霜冻，常用手工的方式或者加热将霜冻清理后再上路，非常不方便；生活中镜子和眼镜也常常结雾，给我们生活带来诸多不便。

自清洁玻璃是指普通玻璃经过特殊处理，表面产生独特的物理化学特性，使玻璃无需通过人工清洗就可以达到清洁效果的玻璃。从原理可分为两大类：超亲水自清洁和超疏水自清洁。在超亲水表面，水滴迅速铺展形成水膜，在增透、防雾方面有良好的效果；超疏水表面与水的静态接触角大于150°，滚动角小于10°，会产生如荷叶表面上液滴自由滚动的现象，利用液滴自身表面张力粘附带走基体表面灰尘等污垢，从而保持材料表面清洁。超疏水性具有广阔的应用前景，除了防止污染物、霜冻，还可用于抑制表面氧化、腐蚀、减少电流传导等。

国际上对超疏水性涂层的研究始于上世纪50年代，基础理论研究和应用研究都已取得明显成就。在疏水领域里，目前使用比较广泛的有蜡类、有机硅和有机氟系列，主要通过降低表面张力来实现疏水效果。石蜡类物质作为疏水表面的，具有良好的防水性，但防油性能一般，不能有效防污；CN101967283将漆蜡和有机硅树脂用于家具、汽车美容行业，具有良好的防水性能，但其耐久性和透气性并不理想。氟原子的电负性大，半径小，碳氟键的键能大，可使表面张力显著降低，表现出优异的疏水疏油性能，同时氟原子将C-F键屏蔽，保护碳原子和碳链，表现出高耐热稳定性和化学稳定性。CN200510095423.7公开了超细纤维增强含氟涂层具备超疏水和疏油等优点，但制备方法比较繁琐，很难在大面积的工程表面施工。丙烯酸酯类聚合物具有成膜性好，网络结构较疏松，在其侧链引入含氟链段，可具有良好疏水疏油性能，而且其成膜工艺简单。疏水疏油性能的提高主要表现为涂层与水的接触角增大，但是这种提高是有限的，Zisman,W.A.等研究表明平面表面接触角最多能提高至120°左右，无法达到好的防沾污的效果；Barthlott等人观察了荷叶表面蜡晶形貌，发现了纳米-微米级突起的表面粗糙结构，并猜测这种结构是荷叶表面超疏水性的原因；国内江雷等人通过表面仿生模拟研究发现：动植物疏水部位表面，普遍存在微纳米突起。这种结构不仅减少了固、液两相间的接触面积，而且使污染物月表面的作用力减弱。当液滴滚动很容易带走表面灰尘等污染物。

美国专利US6068911公开通过UV光固化含非反应性纳米粒子和氟聚合物的树脂，制备了表面粗糙的超疏水涂层，易挥发溶剂可以将低表面能氟聚合物带至表面，但需要UV光用来固化涂层，制备工艺麻烦，使用时受到很大的限制；专利CN101029137A公开了一种含氟POSS丙烯酸酯嵌段共聚物树脂及其合成方法，采用原子转移自由基聚合方法(ATRP)合成，成膜后涂层与水的接触角为85～120°，过程比较繁琐，效果有限；CN103012700A和CN102775567A都是采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合方法（RAFT）构造低表面能，制备工艺比较复杂，疏水效果不够显著；专利CN101619116公开的一种热塑性含氟丙烯酸酯树脂的制备方法，但是它是通过含氟丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和其他功能单体进行溶液共聚反应，涂膜的耐候性能和耐玷污性能提高，但其中含氟丙烯酸酯单体重量份数为15～25份，用量较大，含氟聚合物的成本较高，CN1322775A、CN102617783A等专利中均提出了制备含氟丙烯酸树脂涂层的方法，这些方法同样存在含氟单体用量大的问题。

本发明使用丙烯酸酯类单体发生聚合，侧链引入含氟单体，改善防水防油性能，对二氧化硅进行表面处理使二氧化硅粒子本身具有粗糙表面结构，进一步改善表面性能。制备和成膜工艺简单，使用少量的含氟单体，涂层就具备优异的疏水疏油性能，接触角可达到140°-155°，滚动角小于10°；用于玻璃制品，具有一定增透作用，透光率可达92.0%以上。可用于建筑玻璃、汽车玻璃和生活用玻璃的防污防雾等方面。

（三）发明内容