[發明專利]一種在玻璃表面構筑疏水涂層的方法及涂層物質

有效

• 申請號: 201310099902.0
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103304149A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 戴李宗;羅健龍;羅偉昂;許一婷;曾碧榕;劉新瑜;何凱斌
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種在玻璃表面構筑疏水涂層的方法及涂層物質。?

背景技術

固體表面的水濕性是非常重要的表面性質之一。在很多的實際應用中控制表面的水濕性都至關重要。固體表面的水濕性體現在水滴和該平坦表面的接觸角。?

目前制備疏水表面的方法和途徑主要有：化學刻蝕法、相分離法、電極沉積法、模板法、溶膠-凝膠法、等離子處理和自組裝等，但是這些技術普遍存在步驟繁瑣等缺陷，而且許多方法涉及到特殊的設備、苛刻的條件和較長的周期，難以實現大面積疏水涂層的制備，在一定程度上限制了其實際應用。?

中國專利CN102807803A公開了一種有機無機復合疏水涂層的制備方法，步驟包括改性二氧化硅納米粒子制備、涂層溶膠制備和基底材料表面涂膜。中國專利CN102775567A公開了一種含POSS聚丙烯酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物及其制備方法，反應產物具有較好的表面性能以及與基材之間較好的粘結性能，并且用于低表面能疏水涂層材料中，用于制備防冰雪、防污涂料。?

根據相關報道，提高材料表面疏水性可以從降低表面能以及增加表面粗糙程度兩方面著手。多面體齊聚倍半硅氧烷（Polyhedral?Oligomeric?Silsesquioxane，簡稱POSS），是一類具有籠形核-殼結構的有機/無機雜化分子,其核為類似SiO₂的籠形結構無機納米粒子,粒經為1.5nm，殼通常為8個有機官能團。同時，POSS納米粒子表面能低，用于涂層物質可顯著降低材料表面自由能進而提高材料表面疏水性。因此，利用POSS的超疏水性和納米尺度為實現材料表面的憎水功能提供了一種可能的途徑。有機硅樹脂具有優異的耐高低溫性、耐老化性、憎水性、電絕緣性、難燃性和無毒無腐蝕性，尤其是其獨特的憎水性和透氣性，被認為是理想的防水涂料，廣泛應用于建筑及材料表面的防水保護。將溶解有POSS的石油醚溶液分散于硅油中，有助于在玻璃表面實施涂覆以及后續熱處理。將POSS溶解于石油醚中后與硅油混合，并且通過直接涂敷、燒結處理在玻璃表面形成二氧化硅納米微球，進而提高材料表面憎水性的方法尚未見報道。?

發明內容

本發明的一種在玻璃表面構筑疏水涂層的方法，將異丁基POSS溶解于石油醚中，與甲基硅油混合后直接均勻涂覆于玻璃基板上，最后通過高溫處理得到所需的玻璃疏水涂層，即POSS高溫氧化后在玻璃表面形成二氧化硅納米微球，通過靜態接觸角測試可以明顯看到接?觸角的提高。通過POSS單體的TG曲線可以發現后期殘余量有升高的趨勢，可以推測是倍半硅氧烷（POSS）被高溫氧化成為二氧化硅納米微球。?

所述的玻璃疏水涂層制備方法如下：?

1）對玻璃基底進行預處理，做法是在Piranha溶液(濃硫酸:30%過氧化氫溶液=3:1，V/V)中浸泡45min，然后用去離子水清洗，烘干。?

2）將0.01g異丁基POSS溶解于1ml石油醚中。?

3）將10ml甲基硅油加入到上述溶液中，攪拌均勻。?

4）采用直接涂覆法將上步制備的溶液在處理過的載玻片表面均勻涂膜。?

5）在空氣中放置24h。?

6）放入馬弗爐進行熱處理，升溫速率為5℃/min，升到800℃，保溫2h。?

7）沖洗后對所得玻璃疏水涂層做接觸角測試，同時對異丁基POSS單體做了熱重分析。?

步驟2所述的異丁基POSS結構式如下結構式所示：?

其中R=—CH₂CH(CH₃)₂

步驟3所述甲基硅油為二甲基硅氧烷，結構式是?

與現有技術相比，本發明的優點有：1）通過簡單的混合、涂覆、熱處理制備方法得到接觸角大于120°的疏水涂層，一定程度上克服了現有技術的不足；2）通過POSS單體的TG曲線可以發現后期殘余量有升高的趨勢，可以推測可能是二氧化硅納米級微觀結構的形成，因而多面體齊聚倍半硅氧烷的引入大大提高了材料表面憎水性；3）熱處理溫度接近玻璃軟化溫度，有望引入玻璃成型工藝。?

附圖說明

圖1為處理后玻璃表面接觸角（熱處理溫度為800℃）。?

圖2為處理后玻璃表面接觸角（熱處理溫度為600℃）。?

圖3是僅為硅油處理后的的玻璃表面接觸角（熱處理溫度為400℃）。?

圖4為處理前玻璃表面接觸角。?

圖5為異丁基POSS單體的TG曲線。?

具體實施方式