[發(fā)明專利]一種超親水玻璃表面的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310425452.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103482883A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦大可;顧嬡娟;梁國(guó)正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C17/22
• 分類號(hào): C03C17/22
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超親水玻璃表面的制備方法，屬親水表面材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超親水材料是指材料表面與水的接觸角小于5°的材料。這種材料可以廣泛地應(yīng)用于自清潔、防霧、提高熱交換效率等領(lǐng)域，具有非常廣闊地應(yīng)用前景和不可替代的重要作用（參見(jiàn)文獻(xiàn)：化學(xué)進(jìn)展，2011,?23:?1831-1840）。

Wang等（Wang?R，Hashimoto?K，F(xiàn)ujishima?A，et?al．Nature，1997，388:?431-432）首先發(fā)現(xiàn)通過(guò)紫外光的照射，一定結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜表面能形成親水微區(qū)使接觸角則不斷減小，最終達(dá)到超親水效果，其接觸角接近于0°。由于超親水材料會(huì)使水滴在材料表面快速鋪展，非常容易與材料表面污物間形成一層水膜并將污物帶走，因此超親水表面也與超疏水材料一樣具有自清潔效應(yīng)。同時(shí)，由于超親水材料表面能使水滴瞬間鋪展，防止水滴在材料表面粘結(jié)、停留，因此具有理想的防霧功能。這種防霧性能對(duì)于車窗后視鏡、玻璃及醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域來(lái)說(shuō)可以發(fā)揮至關(guān)重要的作用。例如具有二氧化鈦涂層的腹腔鏡擁有很好的防霧功能，從而與普通腹腔鏡相比無(wú)需從腹腔撤回進(jìn)行除霧就可以完成手術(shù)，大大降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。另外，也有研究表明水滴在超親水表面的迅速鋪展會(huì)加快相關(guān)材料的熱傳遞速率。材料中具有超親水性能的表面可以使生物分子、納米顆粒和細(xì)菌等進(jìn)行定向轉(zhuǎn)移和固定。上述超親水材料的特性對(duì)于日常生活和工業(yè)、醫(yī)療的應(yīng)用都有重要的價(jià)值。

目前，超親水材料的制備通常是采用溶膠-凝膠、電化學(xué)、氧化還原、模板制備等方法在材料表面引入無(wú)機(jī)納米材料、親水性高分子材料和表面活性劑等材料增加材料的表面能和潤(rùn)濕性。同時(shí)，通過(guò)沉積親水性納米粒子等方法在材料表面形成納米粗糙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)材料的親水性能，達(dá)到超親水的效果。常用的材料有氧化硅、氧化鈦、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。有科學(xué)家利用In₂O₃-SnO₂的玻璃基底作為工作電極,鉑金作為對(duì)電極，用電化學(xué)方法成功制備了超親水表面，使材料的接觸角降不超過(guò)2°。這種制備方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需光照即可得到超親水表面，但是其親水性最多維持兩天。也有科學(xué)家將AgNO₃溶液與對(duì)苯二胺混合進(jìn)行還原反應(yīng)，通過(guò)對(duì)工藝條件的控制來(lái)調(diào)節(jié)還原出來(lái)的銀顆粒形狀。其中具有球形銀顆粒材料的表面接觸角接近于0°。通過(guò)硅溶膠復(fù)制彈性體模板的結(jié)構(gòu)制備具有納米結(jié)構(gòu)的SiO₂薄膜，并對(duì)這種薄膜進(jìn)行熱處理后，其材料表面也呈超親水性。相關(guān)研究表明，制備超親水表面的關(guān)鍵是控制材料表面的微觀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組分。目前受制備方法、材料表面微結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度等的限制，超親水材料表面的制備還是缺乏簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的制備方法，現(xiàn)有的方法都需要使用昂貴的儀器設(shè)備或復(fù)雜的工藝流程，難以進(jìn)行低成本、方便地超親水表面制備。?

綜上所述，超親水材料優(yōu)異的性能和廣泛的用途使其具有很好的應(yīng)用前景和價(jià)值，因此開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單可行、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的新制備方法成為迫切的需要。特別是不需要特殊設(shè)備、環(huán)境友好、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的新制備方法，將大大推動(dòng)超親水材料的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種制備超親水玻璃表面的方法，該方法不需要特殊設(shè)備、環(huán)境友好、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、適用面廣。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是提供一種超親水玻璃表面的制備方法，包括如下步驟：

（1）按重量計(jì)，將150～300份切片石蠟、50～100份硬脂酸加熱至完全熔融后，在加熱條件下加入5～20份無(wú)水碳酸鈉，攪拌得到熔體A；

（2）在加熱、攪拌條件下，按重量計(jì)，將1～10份助劑、20～50份蜂蠟加入到熔體A中，得到熔體B；所述助劑為乙酸鈉、檸檬酸鈣、無(wú)水四硼酸鈉、磷酸氫二鉀、乙酸鈣中的一種；

（3）將熔體B在75～85℃的真空烘箱中脫泡處理后，倒入預(yù)置棉線的模具中，待熔體B冷卻、凝固后從模具中取出，得到凝固物C；

（4）點(diǎn)燃凝固物C中的棉線，待燃燒的火焰穩(wěn)定后，將玻璃置于火焰整體高度的4/5處，使燃燒時(shí)產(chǎn)生的納米顆粒沉積在玻璃表面，沉積時(shí)間為0.5～1.5分鐘；

（5）將完成沉積后的玻璃置于氣氛爐中，以速率為10℃～30℃/分鐘加熱到230～590℃；加熱的同時(shí)通入氣體；

（6）將完成加熱的玻璃在通入氣體的條件下自然冷卻至室溫，得到具有超親水表面的玻璃。