CN104926148A - 一种防雾抗划涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于建筑物玻璃内壁、汽车玻璃内壁、有机玻璃内壁或其他具有较大内外温差的玻璃内壁的防雾抗划涂层及制备方法，属于涂料技术领域。是在亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液中加入纳米粒子，亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液与纳米粒子的质量比为100：0.5～10，超声、搅拌直到混合均匀，得到硅溶胶涂料；将预处理过的基片浸没于硅溶胶涂料中，浸泡1～10分钟，然后将基片缓慢取出，静置使涂料自然流平；将流平后的防雾抗划涂层在80～300℃下烘0.5～5小时进行热固化，从而在基片上得到防雾抗划涂层，涂层厚度为50～200微米。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种用于建筑物玻璃内壁、汽车玻璃内壁、有机玻璃内壁或其他具有较大内外温差的玻璃内壁的防雾抗划涂层及制备方法。
背景技术
近年来，高层建筑逐渐增多，汽车行业飞速发展，当建筑物及汽车玻璃内外温差较大时容易产生严重的水雾。水雾的产生对于建筑物而言降低采光率并容易附着灰尘增加人工清洗成本；行进中的汽车水雾容易使驾驶员视野受限，引发交通事故。因而开发一种自清洁的防雾涂层成为该领域的研究热点。
空气中水蒸气遇到冷界面时，在界面会发生凝结，即产生水雾，随着凝结水雾的不断聚集，从而产生宏观的水滴。水雾及水滴的出现使光线发生散射，从而减低玻璃内部的空间的采光率。在冬天及雨天行驶的车辆中，玻璃内壁水汽不断凝结，驾驶员需要不断的擦拭内壁，否则会严重影响视野。
防雾涂层领域一般采用两种手段：一是采用超疏水涂层，该涂层的接触角一般较小，当水汽在涂层表面凝结的雾滴增大到一定程度会由于重力作用直接从涂层表面滑落。但是超疏水涂层一般通过构筑纳微表面结构而实现，在抗污方面还存在一定问题，并且该涂层在使用中依然会产生一定程度的水雾现象。二是采用超亲水涂层，空气中的水分子接触到涂层表面时，水分子直接铺展在涂层表面，形成一层均匀的水膜。均匀的水膜能将玻璃表面附着的灰尘冲洗干净，即自清洁功能。同时，该均匀的水膜不会发生光的散射等现象，不会影响采光效果和视野。然而超亲水涂层一般使用寿命较短，硬度偏低，因而研究一种高硬度使用寿命长效果好的亲水自清洁涂层成为人们研究的重点。
发明内容
本发明的目的是提供一系列多尺度二氧化硅或二氧化钛等无机纳米粒子与硅溶胶复合的防雾抗划涂层及其制备方法，本发明所述方法适合在基片上制备具有防雾抗划涂层，该涂层不会降底基片的光学性质。
一种防雾抗划涂层的制备方法，其步骤如下：
(1)在亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液中加入纳米粒子，亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液与纳米粒子的质量比为100：0.5～10，超声、搅拌直到混合均匀，得到硅溶胶涂料；
(2)将预处理过的基片浸没于步骤(1)所得的硅溶胶涂料中，浸泡1～10分钟，然后将基片缓慢取出，静置使涂料自然流平；
(3)将流平后的防雾抗划涂层在80～300℃下烘0.5～5小时进行热固化，从而在基片上得到防雾抗划涂层，涂层厚度为50～200微米。
其中，步骤(1)中所述的纳米粒子为二氧化硅或二氧化钛，粒径为5～100nm。
步骤(1)中所述的亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液的合成步骤如下：
在反应容器中，将正硅酸乙酯、水、冰醋酸和乙二醇单乙醚以质量比10～50：1～2：0.2～0.8：100～300的比例混合，20～30℃下搅拌1～3h；随后将聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷与上述混合溶液以质量比20～100：110～350的比例混合，继续搅拌4～6h，陈化24～72h后得到亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液；所述的聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷的结构式如下：
其中，R的结构式如下所示：
n＝1～10的整数；
进一步地，步骤(2)中所述的基片的预处理方法是将基片用质量浓度99％乙醇浸泡15～30min，用清水冲洗后，再用无水乙醇冲洗，氮气吹干备用。
进一步地，步骤(2)中所述的基片是玻璃板。
我们结合传统的溶胶凝胶技术，利用含有亲水基团的硅烷偶联剂制备了有机无机杂化材料的预水解液，并以预处理过的基片进行涂覆，从而得到了具有亲水效能的有机无机杂化薄膜。我们进一步利用扫描电镜、接触角测试仪器和硬度仪对其厚度和亲水效果以及抗划性能进行了详细的研究，得到了较好的结果，硬度可到4H，表明该涂层具有较好的防雾抗划性能。
附图说明
图1：本发明实施例1制备的防雾抗划涂层的可见近红外光谱图；
从图中可以看出，在1100cm-1出现了Si-O-Si的特征峰，在2885cm-1处出现了亚甲基的特征峰，在3344cm-1处出现了羟基的特征峰，表明成功制备了硅溶胶涂料。
图2：本发明实施例1制备的防雾抗划涂层的接触角测试图片；其中，A为未经处理的玻璃片的表面接触角图片；B为涂覆防雾抗划涂层后的玻璃片的表面接触角图片。
从图中可以看出，通过接触角测试可见接触角明显降低，表面该涂层的防雾性能良好，涂覆防雾抗划涂层以后玻璃表面接触角明显降低到29°。
图3：本发明实施例2制备的防雾抗划涂层的接触角测试图片；其中，A为未经处理的玻璃片的表面接触角图片；B为涂覆防雾抗划涂层后的玻璃片的表面接触角图片，涂覆防雾抗划涂层以后玻璃表面接触角明显降低到25°。
通过接触角测试可见两个实施例的基片经处理后接触角降低，说明该涂层的防雾性能良好。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，列举如下的实施例，但这些实施例并无意于以任何方式限制或限定本发明的范围，也不应认为是在提供唯一可以实践本发明的条件、参数或数据。
实施例1：
一种防雾抗划涂层，通过以下方法制得，其步骤为：
在锥形瓶中将1g正硅酸乙酯、0.1g水、0.02g冰醋酸溶于15mL乙二醇单乙醚，20℃下搅拌3h；然后将3g聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷(n＝1)与上述混合溶液混合，继续搅拌4小时；停止搅拌后，体系静置陈化24小时，得到亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液。
将1g该亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液和0.03g二氧化硅纳米粒子(平均粒径20～60nm)进行混合，超声、搅拌直到混合均匀，得到硅溶胶涂料。
取玻璃板用质量浓度95％乙醇浸泡30min，再用清水冲洗后，后用质量浓度99％乙醇冲洗，氮气吹干备用。
将预处理过的玻璃板浸没于上述步骤中所得的硅溶胶涂料中，浸泡1分钟。然后将玻璃板板缓慢取出，静置，使涂料自然流平，在玻璃片表面形成一层防雾抗划涂层。将流平后的防雾抗划涂层在80℃下烘0.5小时进行热固化，从而得到防雾抗划涂层，厚度为110nm。
硬度测试表面，该涂层的硬度为4H。
实施例2：
一种具有自清洁功能的防雾抗划涂层，通过以下方法制得，其步骤为：
在锥形瓶中将1g正硅酸乙酯、0.02g冰醋酸和0.3g水溶于15mL乙二醇单乙醚中，20℃下搅拌3h，后将3g聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷(n＝3)、继续搅拌2小时。停止搅拌后，体系静置陈化72小时，得到亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液。
将1g该亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液和0.03g二氧化硅纳米粒子(平均粒径20～60nm)进行混合，超声、搅拌一直到混合均匀，得到硅溶胶涂料。
取玻璃板用质量浓度95％乙醇浸泡15min，再用清水冲洗后，后用质量浓度99％乙醇冲洗，氮气吹干备用。将预处理过的玻璃板浸没于上述步骤中所得的硅溶胶涂料中，浸泡1分钟。然后将玻璃板板缓慢取出，静置，使涂料自然流平，在玻璃片表面形成一层防雾抗划涂层。将流平后的防雾抗划涂层在300℃下烘3小时进行热固化，从而得到防雾抗划涂层，厚度为95nm。
硬度测试表面，该涂层的硬度为4H。
Claims (6)
1.一种防雾抗划涂层的制备方法，其步骤如下：
(1)在亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液中加入纳米粒子，亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液与纳米粒子的质量比为100：0.5～10，超声、搅拌直到混合均匀，得到硅溶胶涂料；
(2)将预处理过的基片浸没于步骤(1)所得的硅溶胶涂料中，浸泡1～10分钟，然后将基片缓慢取出，静置使涂料自然流平；
(3)将流平后的防雾抗划涂层在80～300℃下烘0.5～5小时进行热固化，从而在基片上得到防雾抗划涂层，涂层厚度为50～200微米。
2.如权利要求1所述的一种防雾抗划涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的纳米粒子为二氧化硅或二氧化钛，粒径为5～100nm。
3.如权利要求1所述的一种防雾抗划涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液的合成，是将正硅酸乙酯、水、冰醋酸和乙二醇单乙醚以质量比10～50：1～2：0.2～0.8：100～300的比例混合，20～30℃下搅拌1～3h；随后将聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷与上述混合溶液以质量比20～100：110～350的比例混合，继续搅拌4～6h，陈化24～72h后得到亲水改性硅溶胶的有机硅杂化前驱液；所述的聚氧乙烯醚丙基三乙氧基硅烷的结构式如下，
其中，R的结构式如下所示，
n＝1～10的整数。
4.如权利要求1所述的一种防雾抗划涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的基片的预处理方法是将基片用质量浓度99％乙醇浸泡15～30min，用清水冲洗后，再用无水乙醇冲洗，氮气吹干。
5.如权利要求1所述的一种防雾抗划涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的基片是玻璃板。
6.一种防雾抗划涂层，其特征在于：是由权利要求1～5所述的任何一项方法制备得到。
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