[發明專利]增透的超親水自清潔SiO2防霧涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201010533381.1
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102464901A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 賀軍輝;杜鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/00;C03C17/25
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及由外表面的殼層為薄且無孔，內殼層帶有介孔的雙殼層的介孔SiO₂空心球構成的增透的超親水自清潔SiO₂防霧涂層及其制備方法。

背景技術

自清潔玻璃(Self-cleaning?glass)是指普通玻璃在經過特殊的物理或化學方法處理后，使其表面產生獨特的物理化學特性，從而使玻璃無需通過傳統的人工擦洗方法就可以達到清潔效果的玻璃。

玻璃的霧化是指濕氣或蒸汽冷凝在玻璃制品表面形成微小水滴。而防霧玻璃(Anti-fogging?glass)就是指普通玻璃在經過特殊處理之后，使表面具有超親水特性，使由于霧化而形成的微小水滴迅速鋪平，從而達到不影響鏡面成像、能見度和玻璃的透光率的效果。

自清潔玻璃從制備方法上主要分為兩大類：超親水自清潔玻璃；超疏水自清潔玻璃。通常的制備方法是在玻璃制品表面涂覆一層無機材料涂層。

對于涂覆無機材料涂層的防霧玻璃而言，若該無機材料涂層為超疏水性物質，則類似荷葉效應，其對水的滾動角小，能使微小水滴聚集成大水珠。當集成的水珠達到一定尺寸時，會借助自身重力下滑，或通過外力如風吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆超疏水性物質的無機材料涂層所得到的超疏水自清潔玻璃的超疏水性效果明顯，但是時效性差：由于小水滴的聚集或吹干、蒸發都需要一段時間，水滴會留在玻璃制品上，如棱鏡般地影響成像和能見度，而且目前該方法所得超疏水自清潔玻璃的超疏水性的耐久性不理想，無法保證玻璃產品作為耐用消費品的長期使用而具有長期的自清潔壽命，從而無法保證真正意義上的自清潔效果。

若該無機材料涂層為超親水性物質，則會使小水滴在玻璃表面上的接觸角趨近于零度，當水接觸到玻璃表面時，迅速在其表面鋪展，形成均勻的水膜，表現出超親水的性質，不會影響鏡面成像，同時水層薄，對透光率的影響也大為減小，通過均勻水膜的重力下落帶走污漬，在玻璃表面涂覆超親水性的無機材料涂層可以去除大部分污漬。同時利用超親水的原理，也可以防止小水滴的形成，達到防霧的效果。

國外在20世紀60年代就已經開始了玻璃自清潔和防霧研究，在基礎研究方面，目前，世界上發達國家均有知名公司在專門從事自清潔玻璃的研究開發和制作，如英國Pilkington公司、日本TOTO公司、美國PPG公司、德國GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在應用開發方面，日本率先展開開發、推廣、應用TiO₂光催化自清潔玻璃，英國Pilkington公司、美國PPG公司等玻璃商也看好這一產品的開發、加工、生產及推廣應用的大市場。英國Pilkington玻璃公司在開發應用TiO₂光催化自潔凈玻璃方面已走在歐、美玻璃制造商的前列，并在2002年底之前把該產品推廣到歐洲及其他國家(如美國)玻璃市場，進行公開批量銷售，隨后在北美、大洋洲的澳大利亞、亞洲的日本等地區及國家推出(陳利賓，建筑玻璃與工業玻璃2004，No.6，12～15)；美國W.L.Tonar等人研制的透明復合自清潔防霧玻璃(W.L.Tonar?et?al.Electrochromic?Device?Having?ASelf-cleaning?Hydrophilic?Coating.United?States?Patent?Application?PublicationUS2001/00210066A?1，2001-09-13；K.Toru.Vehicle?Mirror.United?States?PatentUS5594585：1997-01-14；K.Toru.Anti-fog?Element.US5854708：1998-12-29；K.Takahama?et?al.Method?of?Forming?Hydrophilic?Inorganic?Coating?Film?AndInorganic?Coating?Composition.United?States?Patent?Application?PublicationUS2001/008696A1，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化劑透明涂層，再在光催化劑透明涂層的表面形成具有親水性的透明多孔無機氧化物(SiO₂和Al₂O₃)薄膜。然而這些技術都利用了TiO₂光催化特性促使表面達到超親水，適用條件會受到限制，因為需要有光照的環境才能進行催化作用；而且這種孔狀結構表面雖可以提高親水性，但很容易被難揮發的物質或者納米塵埃堵住孔口，耐久性不理想。