[發(fā)明專利]一種高透明度超疏水性涂層材料及其用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310233641.7
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103289031A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛立群;李西營;楊貝貝;谷國團;李萌萌;師兵
• 申請（專利權(quán)）人: 河南大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C09D151/10
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 涂連梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高透明度超疏水性涂層材料，同時還涉及該涂層材料的用途。

背景技術(shù)

透明超疏水涂層可應(yīng)用于建筑物或汽車窗口、眼鏡以及電子設(shè)備的光學窗口等方面。為了在同一表面上集成超疏水性和透明性，涂層的粗糙度應(yīng)小于可見光的波長(大約380~760?nm)。

超疏水涂層的制備方法有很多，主要有模板法、自組裝法、化學刻蝕法以及溶膠-凝膠法等。目前，現(xiàn)有超疏水涂層在應(yīng)用上仍然存在很多問題，比如：1）涂層和基材結(jié)合不緊密，不耐摩擦；2）表面微細結(jié)構(gòu)強度低、易老化、易磨損、易污染、使用壽命短；3）多數(shù)制備方法反應(yīng)條件苛刻、步驟繁瑣，生產(chǎn)成本較高，無法實現(xiàn)工業(yè)化推廣。

利用溶膠-凝膠法制備超疏水性涂層，具有制備條件溫和、裝置簡單、費用低，便于大面積薄膜的涂覆，因而備受關(guān)注。但溶膠-凝膠法的主要缺陷是溶膠或凝膠中存在大量溶劑，反應(yīng)物濃度低，通常，其反應(yīng)物濃度只有2~5wt%。這樣的溶膠噴涂在基材表面，會因溶劑大量揮發(fā)而導(dǎo)致膜斷裂，成膜顆粒發(fā)生嚴重的團聚，形成一個個類似島嶼的聚集體，膜的性能因此受到極大地影響，進而阻礙了該項技術(shù)的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種高透明度超疏水性涂層材料，同時還提供了該涂層材料的用途。

基于上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：一種高透明度超疏水性涂層材料，通過下述方法制得：（1）以正硅酸乙酯為原料，以氨水為堿催化劑，制備濃度為0.1~0.5?mol/L的二氧化硅醇溶膠；（2）加熱揮發(fā)掉二氧化硅醇溶膠中的氨，使其pH值降低至8.0以下；（3）加入丙烯酸（酯）類單體，60~80?℃下反應(yīng)0.5~2?h，然后加入偶氮二異丁腈，繼續(xù)反應(yīng)0.5~2?h，即得產(chǎn)品；每1?mol二氧化硅添加3~5?mol丙烯酸（酯）類單體、0.06~0.6?mmol偶氮二異丁腈。

所述二氧化硅醇溶膠的制備步驟為：取2~12?mmol正硅酸乙酯加入10?mL無水乙醇中，超聲分散均勻后水浴加熱至60~80?℃；取NH₃含量為25~28%的氨水1~3?mL、無水乙醇10?mL混合均勻，滴加入上述溶液中，反應(yīng)2~5?h。各原料用量可按比例縮放。

所述丙烯酸（酯）類單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸甲酯。

所述高透明超疏水性涂層材料的用途，是將該涂層材料應(yīng)用于玻璃或陶瓷制品表面形成具有高透明度的疏水性涂層：（1）對制品表面進行清潔；（2）將所述涂層材料涂覆于玻璃或陶瓷制品表面，室溫干燥1~2?h，然后于450～550?℃下熱處理30～60?mi?n；待自然冷卻至室溫后，表面涂覆硅烷偶聯(lián)劑或有機氟硅烷的乙醇溶液，120~200?℃下處理1~2?h。

本發(fā)明采用改進的溶膠-凝膠法，即先通過溶膠-凝膠法在堿性條件下制備SiO₂納米顆粒（二氧化硅醇溶膠），其顆粒直徑約為50~80?nm；然后在SiO₂納米顆粒表面修飾上有機酸，并引發(fā)有機酸聚合，形成的有機-無機復(fù)合材料即為高透明超疏水性涂層材料。這種材料具備立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成膜后復(fù)合材料骨架中的有機物在低溫下基本不會發(fā)生變形，因此在低溫干燥時不發(fā)生斷裂，能夠形成均勻連續(xù)的SiO₂連續(xù)膜；高溫下焙燒后，該連續(xù)膜能與玻璃或陶瓷基材形成較強的結(jié)合力（可達1400?mN），進一步用硅烷偶聯(lián)劑、有機氟硅烷等憎水性材料對上述SiO₂連續(xù)膜進行修飾，于120~200?℃下焙燒后即可得到具有高透明度的超疏水涂層。

經(jīng)測試，所得超疏水性涂層對水的靜態(tài)接觸角大于162°，對300~700?nm入射光具有增透效果，可用于太陽能電池、汽車和高層建筑的窗玻璃等基材表面，以實現(xiàn)自清潔功能。

附圖說明

圖1是水對2#樣品涂層的靜態(tài)接觸角測試結(jié)果；

圖2是2#樣品涂層的掃描電鏡照片；

圖3是2#樣品涂層的掃描電鏡照片；

圖4是2#樣品涂層的紫外-可見透射光譜；

圖5是2#樣品放置在印刷品表面的照片；

圖?6是2#樣品涂層的結(jié)合力測試曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

一種高透明度超疏水性涂層材料，通過下述方法制得：