[發(fā)明專利]高強度超疏水自清潔涂層和高強度減反增透超疏水自清潔涂層以及它們的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610725726.0
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN108299869B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀軍輝;任婷婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D7/63;C03C17/00;C03C17/34
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎;趙曉丹

本發(fā)明公開一種高強度超疏水自清潔涂層及其制備方法，所述高強度超疏水自清潔涂層是在固體基底上將經(jīng)過低表面能物質(zhì)修飾的兩種不同粒徑的二氧化硅球形納米粒子、四乙氧基硅烷和鹽酸通過噴涂的方法制備而成的；本發(fā)明還提供一種高強度減反增透超疏水自清潔涂層及其制備方法，所述高強度減反增透超疏水自清潔涂層是通過在玻璃基底或其他透明基底上先噴涂粒徑為10?100nm的二氧化硅球形納米粒子，然后在其表面制所述的高強度的超疏水自清潔涂層而得到的；本發(fā)明制備的涂層具有良好的超疏水性能；同時有良好的機械性能，強度高；且制備方法簡單，耗時短，對設(shè)備要求低，在常溫下即可獲得；所述涂層適用于不同基底、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高強度超疏水自清潔涂層和高強度減反增透超疏水自清潔涂層以及它們的制備方法和用途。

背景技術(shù)

自清潔涂層在我們的日常生活中有重要的應(yīng)用，使用自清潔涂層來替代傳統(tǒng)的清洗方法可以節(jié)省巨大的清洗成本。而具有減反增透性能的自清潔涂層不僅擴大了自清潔涂層的應(yīng)用，同時也具有重要的現(xiàn)實意義，例如，應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電、溫室大棚的塑料薄膜、光學透鏡以及光伏建筑材料等領(lǐng)域，既可以提高透光率同時也能降低清洗成本。超疏水自清潔涂層的制備最初是受到蓮花“出淤泥而不染”的啟發(fā)，水在其表面的接觸角大于150°，滾動角小于10°，當表面有灰塵或者污垢時，水可以滾落并帶走灰塵，從而達到自清潔的效果。制備這種表面所需要的條件是具有合適的微納結(jié)構(gòu)、較高的粗糙度和較低的表面能。

減反增透薄膜通常采用不同折射率的均一薄膜來實現(xiàn)，單層的增透膜只能使某一特定波長的光反射減少增加透射，若要實現(xiàn)寬光譜減反增透就需要疊加多層的不同介質(zhì)的薄膜。然而，制備超疏水涂層所需要的高的粗糙度恰恰會導致光散射，從而減少光的透射。除此之外，在實際應(yīng)用中，涂層經(jīng)常會受到外力的磨損和破壞，進而失去涂層原有的性能，使涂層的使用壽命大大下降。同時，制備過程簡單、對設(shè)備要求低以及盡可能在常溫下制備涂層，都是減反增透超疏水自清潔涂層在實際應(yīng)用中必不可少的條件。因此，利用簡單的方法制備高強度的減反增透超疏水自清潔涂層仍然是一個挑戰(zhàn)。

Yao Lu等人(Lu Y,Sathasivam S,Song J,et al.Robust self-cleaningsurfaces that function when exposed to either air or oil[J].Science,2015,347(6226):1132-1135)通過提拉或噴涂商業(yè)的粘結(jié)劑【EVO-STIK(Bostik,UK)】以及二氧化硅、二氧化鈦和十三氟辛基三乙氧基硅烷的混合溶膠液制備了高強度的超疏水涂層。但涂覆有該涂層的固體基底表面呈現(xiàn)白色，對于透明的基底影響了其使用效果，降低了基底透光率，更不具備減反增透性能。Ying-Chu Chen等人(Chen Y C,Huang Z S,Yang H.Cicada-Wing-Inspired Self-Cleaning Antireflection Coatings on Polymer Substrates[J].ACSApplied MaterialsInterfaces,2015,7(45):25495-25505)通過反應(yīng)離子束刻蝕和化學氣相沉積低表面能物質(zhì)的方法制備了類似蟬翼結(jié)構(gòu)的減反增透超疏水自清潔涂層，涂覆有該涂層的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底在可見光波段內(nèi)有較高的透光率和良好的超疏水性能。但是此研究中制備方法過于復(fù)雜，且需要用到特殊而昂貴的設(shè)備，因此不適用于大面積的應(yīng)用。Dengteng Ge等人(Ge D,Yang L,Zhang Y,et al.Transparent andSuperamphiphobic Surfaces from One-Step Spray Coating of Stringed SilicaNanoparticle/Sol Solutions[J].ParticleParticle Systems Characterization,2014,31(7):763-770)通過一步噴涂法制備了透明超疏水涂層，并應(yīng)用到了不同的基底上。但在此研究中對涂層的強度僅僅進行了沖水和沖沙試驗，且所用的水的體積和沙的重量都偏低，涂層的強度較弱，無法適應(yīng)實際應(yīng)用的需求。