CN110272645A - 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110272645A CN110272645A CN201910553238.XA CN201910553238A CN110272645A CN 110272645 A CN110272645 A CN 110272645A CN 201910553238 A CN201910553238 A CN 201910553238A CN 110272645 A CN110272645 A CN 110272645A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coating
- solution
- preparation
- chain
- antireflective
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 146
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 92
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 title claims description 28
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 24
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical class [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 18
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N L-arginine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCCN=C(N)N ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 229930064664 L-arginine Natural products 0.000 claims description 9
- 235000014852 L-arginine Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 230000009182 swimming Effects 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims 4
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims 4
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- VQJJQDUAOOTVSD-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2,2-pentafluoroethoxysilane Chemical compound FC(C(F)(F)F)(O[SiH3])F VQJJQDUAOOTVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 claims 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims 1
- 235000021028 berry Nutrition 0.000 claims 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 abstract description 11
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000005328 architectural glass Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 47
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- XPBBUZJBQWWFFJ-UHFFFAOYSA-N fluorosilane Chemical compound [SiH3]F XPBBUZJBQWWFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- WJSCRWUZWBNWCD-UHFFFAOYSA-N [Si](OC(C(F)(F)F)(F)F)(F)(F)F Chemical group [Si](OC(C(F)(F)F)(F)F)(F)(F)F WJSCRWUZWBNWCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical group C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 240000009088 Fragaria x ananassa Species 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229940089951 perfluorooctyl triethoxysilane Drugs 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 235000021012 strawberries Nutrition 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- -1 tetraethyl orthosilicate ester Chemical class 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N triethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)silane Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/63—Additives non-macromolecular organic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/65—Additives macromolecular
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用,属于材料表面处理领域。制备方法如下:将乙醇和链式纳米二氧化硅溶胶混合后得溶液A;将乙醇和正硅酸四乙酯混合,再加入氨水搅拌后陈化,然后加入正硅酸四乙酯搅拌后得到溶液B;将溶液A和溶液B混合后搅拌得到溶液C;向溶液C中加入改性剂和表面活性剂搅拌后陈放得到超疏水涂料,用活化分子筛除水后即可。本发明所述制备工艺简单,制备过程环保无污染。制得的涂料可以多次浸涂,涂层成膜性好,透光率高,干燥快速,超疏水效果好,可用于汽车后视镜、汽车挡风玻璃、电子产品玻璃、建筑玻璃、太阳能电池玻璃以及衣帽服装、鞋等多种场合,使被涂覆基材具有防水、防雾、防污、自洁等多种功能。
Description
技术领域
本发明属于材料表面处理领域,涉及一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
超疏水表面集自清洁、除霜、防冰、非均匀润湿性等特殊能力于一身,因此近年来受到许多国内外学者的广泛研究。目前超疏水涂料的主要制备方法为溶胶凝胶法,通过低表面能物质改性纳米颗粒获得超疏水涂料,通过喷涂或者浸涂的方法获得微纳米复合结构的超疏水涂层。
但是目前获得超疏水涂层存在三个重要缺点:其一为通过喷涂法获得的涂层虽然疏水性不错,但透明性极低,透光率一般低于50%;其二便是通过浸涂法获得的超疏水涂层虽然透明性相比喷涂有所提高,但整体透明性依旧下降了10%左右,而且浸涂会导致超疏水涂层成膜性差,产生咖啡环效应。不仅如此,浸涂法获得的涂层疏水效果没有喷涂的好。其三则是现有的超疏水涂料通常不能进行重涂,一般的材料表面只能浸涂一次,二次浸涂就会存在涂层无法涂敷到表面的现象,这主要是因为涂料中游离的低表面能物质将基材表面改性,导致表面无法黏附超疏水涂料。
发明内容
解决的技术问题:针对上述技术问题,本发明提供一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用,制备的涂料具有干燥快速、成膜好、透明度高、可重涂、超疏水效果好等优点。
技术方案:一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一.向反应容器中加入30-60摩尔份乙醇,然后加入0.1-3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶,室温下搅拌5-30 min,转速为100-600 r/min,获得溶液A;
步骤二.向另一反应容器中加入30-60摩尔份乙醇,然后加入0.5-2摩尔份正硅酸四乙酯,室温下搅拌5-30 min,转速为100-600 r/min,再加入0.5-5摩尔份质量分数为20-28%的氨水,继续搅拌0.5-2 h后陈化2-3天,再加入0.1-0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5-16h,得到直径为30-50 nm的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液B;
步骤三.将溶液A和溶液B按照(0.5~1):1的体积比混合后搅拌15-30 min,得到具有草莓状的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液C;
步骤四.向溶液C中加入0.05-2摩尔份改性剂和0.01-0.02摩尔份表面活性剂,搅拌0.5-2小时后陈放1-3天,获得超疏水涂料;
步骤五.向所述超疏水涂料中加入活化分子筛去除溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。
作为优选,所述步骤一中链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下:(1)纳米链种子合成,将0.05-1质量份L-精氨酸加入到40-50质量份去离子水和3-5质量份正硅酸四乙酯的混合物中,然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100 rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜,即可获得纳米链种子溶液;(2)纳米链生长,将0.2-0.5质量份 L-精氨酸加入到6-8质量份上述纳米链种子溶液、6-8质量份去离子水和60-70质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置10-12 h,获得纳米链溶液;(3)纳米链定型,将1-2质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中,然后在100~750 rpm转速下在30-60℃下搅拌10-12 h,获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。
作为优选,所述步骤四中表面活性剂为弱阳离子型含氟丙烯酸和BYK改性助剂中的至少一种,改性剂为氟硅烷和硅氮烷中的至少一种,所述氟硅烷为碳链长度6-10的全氟乙氧基硅烷,所述硅氮烷为甲基或者乙基化的硅氮烷,改性剂中的硅元素与步骤二中两次添加的正硅酸四乙酯中总硅元素的摩尔比为1:6。
作为优选,所述步骤四中改性剂为氟硅烷和硅氮烷,其中氟硅烷和硅氮烷的摩尔比为1:2。
作为优选,所述步骤五中活化分子筛与超疏水涂料的质量比为(0.5-2):10。
上述方法制备的可重涂增透的超疏水涂料。
上述可重涂增透的超疏水涂料在制备汽车后视镜、摄像头视窗、眼镜、护目镜、泳镜、汽车挡风玻璃、电子产品玻璃、建筑玻璃、太阳能电池玻璃、衣帽服装或鞋涂层中的应用。
作为优选,具体应用过程如下:将可重涂增透的超疏水涂料通过浸涂、喷涂或擦涂的方式涂覆在基材表面即可获得涂层。
作为优选,采用浸涂的方式制备涂层时,将基材在可重涂增透的超疏水涂料中浸渍3-5秒后直接拿出,室温下干燥1-2 min即可。
作为优选,制备涂层前,向可重涂增透的超疏水涂料中添加乙醇进行稀释,稀释倍数为2-8倍。
有益效果:(1)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料成膜工艺简单,施工方便,只需手动或者自动浸涂几秒钟后拿出,等涂层干燥后便可获得超疏水且增透的效果。
(2)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料制备原料成本低廉,生产工艺简单,相比现有的超疏水涂料,其更易规模化生产。
(3)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料采用自制纳米二氧化硅溶胶,由于市售硅溶胶加入了稳定剂等物质,故难以被本专利使用的氟硅烷和硅氮烷改性,且市售硅溶胶改性后制备的超疏水涂料涂层成膜不均匀。而自制的纳米二氧化硅溶胶由于未添加各种稳定剂,因此活性更强,更易被改性,且纳米二氧化硅颗粒的粒径可以随着老化时间的长短进行控制。
(4)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料采用两种不同尺寸的纳米二氧化硅复合在一起的草莓状二氧化硅纳米颗粒硅溶胶,颗粒粒径在20-40 nm之间,形成的纳米结构更加致密,因此增透效果显著。
(5)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料浸涂后涂层厚度在30-50 nm之间,平均粗糙度为40-50 nm,远小于市场常见的超疏水涂层1000-3000 nm的厚度。
(6)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料加入了表面活性剂,能够加强疏水颗粒的均匀分散,防止絮凝沉降,同时降低涂料表面能,显著提升涂层成膜性。
(7)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料中正硅酸四乙酯与硅元素结合,能够消除改性剂水解后游离的多余硅羟基,以提高重涂性。
(8)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料采用草莓状纳米颗粒并利用活化分子筛除去涂料中水,能够消除吉布斯—马拉高尼效应的影响,避免出现咖啡环效应,以提高成膜性。
(9)本发明制备的可重涂增透的超疏水涂料通过乙醇稀释2-8倍后依旧具备良好的疏水效果,便于运输,同时可降低成本。
(10)本发明制备的超疏水涂料重涂性能优异,间隔长时间进行多达30-50次浸涂,得到的涂层依旧具备超疏水增透效果,而市售的大部分超疏水涂料,重涂2-3次后基体表面便无法涂覆上涂层,失去疏水效果。
附图说明
图1为实施例1中部分浸涂可重涂增透的超疏水涂料的载玻片以及水滴接触角的光学图,其中a为浸涂可重涂增透的超疏水涂料后载玻片的光学图,图a左边为一次浸涂,图a右边为经过20次浸涂;b为浸涂可重涂增透的超疏水涂料后载玻片后水滴接触角的光学图,图b左边为一次浸涂,图b右边为经过10次浸涂后的涂层(a和b中的载玻片上半部分有涂层,下半部分无涂层),其中多次浸涂的时间间隔为1小时,浸涂前将上次浸涂的涂层用软布擦除干净;
图2为实施例1所述可重涂增透超疏水涂层的接触角光学图;
图3为实施例1和对比例1制备的两种超疏水涂料若干次重涂后效果图,图中左边载玻片上半部分(虚线框框出部分)为实施例1制备的超疏水涂料重涂10次后的效果图;图3中右边载玻片上半部分(虚线框框出部分)为对比例1制备的可重涂增透的超疏水涂料重涂3次后的效果图;
图4为实施例1所述涂层透光率与光束波长关系图;
图5为实施例1制备的涂料浸涂1次和对比例1制备的涂料浸涂1次后形成的涂层的扫描电镜图,图中a为浸涂了1次实施例1制备的涂料的涂层扫描电子显微镜图,b为浸涂了1次对比例1制备的涂料的涂层扫描电子显微镜图;
图6为实施例1中所述可重涂增透超疏水涂层的透射电子显微镜图;
图7为实施例1中所述可重涂增透超疏水涂层的原子力显微镜测量粗糙度图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例中链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下:(1)纳米链种子合成,将0.5质量份L-精氨酸加入到40质量份去离子水和3质量份正硅酸四乙酯的混合物中,然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100 rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜,即可获得纳米链种子溶液;(2)纳米链生长,将0.3质量份 L-精氨酸加入到6质量份上述纳米链种子溶液、6质量份去离子水和70质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置12 h,获得纳米链溶液;(3)纳米链定型,将1质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中,然后在600 rpm转速下在60℃下搅拌10 h,获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。表面活性剂选取弱阳离子型含氟丙烯酸,改性剂为氟硅烷和硅氮烷,所述氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷,所述硅氮烷为六甲基二硅氮烷,其中氟硅烷和硅氮烷的摩尔比为1:2。
首先向反应容器中加入35 mol乙醇,然后加入0.5 mol直径为1-10 nm的链式纳米二氧化硅溶胶,室温下搅拌15 min,转速为300 r/min,获得溶液A;然后向另一反应容器中加入35 mol乙醇,然后加入1 mol正硅酸四乙酯,室温下搅拌15 min,转速为300 r/min,再加入2 mol质量分数为28%的氨水,继续搅拌1 h后陈化3天,再加入0.2 mol正硅酸四乙酯继续搅拌12 h,得到直径为30-50 nm的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液B;最后将溶液A和溶液B按照1:1的体积比混合后搅拌20 min,得到具有草莓状纳米二氧化硅溶胶,即为溶液C;向溶液C中加入1 mol改性剂和0.02 mol表面活性剂,搅拌1小时后陈放1天,然后用6 g活化分子筛除去溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。将制备的可重涂增透的超疏水涂料浸涂到载玻片上静置1-2分钟后得到可重涂增透超疏水涂层。取四个载玻片,分为两组,每组两个载玻片,第一组载玻片上半部分分别进行一次浸涂和经过20次浸涂本实施例制备的可重涂增透的超疏水涂料,下半部分不做处理;第二组载玻片上半部分分别进行一次浸涂和经过10次浸涂本实施例制备的可重涂增透的超疏水涂料,下半部分不做处理。其中多次浸涂的时间间隔为1小时,浸涂前将上次浸涂的涂层用软布擦除干净。从图1中可以看出,本实施例制备的可重涂增透超疏水涂层透明性良好,相比未浸涂的部分,疏水性优异。
取载玻片在上述制备的可重涂增透的超疏水涂料进行10次浸涂。10次浸涂后制备的涂层进行接触角表征。参见图2,通过接触角测量仪将10次浸涂的涂层进行接触角表征。从图中可知,实测水滴接触角为162°。将10次浸涂后得到的涂层通过紫外分光光度计进行透光率检测,由图4可知,相比未处理的干净载玻片(透光率为88%左右),浸涂了该涂层的载玻片在波长为500-700 nm的可见光波区域透光率高达99%,透光率提升不少,因此该涂层具备良好的增透效果。将10次浸涂后的涂层进行原子力显微镜的粗糙度分析,结果如图7所示。原子力显微镜实测数据显示,其平均粗糙度Ra=45 nm,均方根Rq=58 nm,最大粗糙度Rmax=395 nm。平均粗糙度之所以小到45 nm,是因为颗粒粒径在20-40 nm之间,颗粒大小较为均匀,因此颗粒堆积紧。同时由于加入了表面活性剂,颗粒不易团聚沉降,表面活性剂也降低了涂料的表面能,因此流平性好,故表面平整,粗糙度低。
图6为本实施例制备的可浸涂增透超疏水涂料稀释后的透射电子显微镜图片,由图可知,本实施例制备的涂料颗粒的粒径为20-40 nm,形如草莓。
实施例2
一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,包括以下步骤:步骤一.向反应容器中加入30摩尔份乙醇,然后加入0.1摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶,室温下搅拌5 min,转速为100r/min,获得溶液A,其中,链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下:(1)纳米链种子合成,将0.05质量份L-精氨酸加入到40质量份去离子水和3质量份正硅酸四乙酯的混合物中,然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100 rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜,即可获得纳米链种子溶液;(2)纳米链生长,将0.2质量份 L-精氨酸加入到6质量份上述纳米链种子溶液、6质量份去离子水和60质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置10 h,获得纳米链溶液;(3)纳米链定型,将1质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中,然后在100 rpm转速下在30℃下搅拌10 h,获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。
步骤二.向另一反应容器中加入30摩尔份乙醇,然后加入0.5摩尔份正硅酸四乙酯,室温下搅拌5 min,转速为100 r/min,再加入0.5摩尔份质量分数为20%的氨水,继续搅拌0.5 h后陈化2天,再加入0.1摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5 h,得到直径为30-50 nm的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液B。
步骤三.将溶液A和溶液B按照0.5:1的体积比混合后搅拌15 min,得到具有草莓状二氧化硅纳米颗粒硅溶胶,即为溶液C。
步骤四.向溶液C中加入0.05摩尔份改性剂和0.01摩尔份表面活性剂,搅拌0.5小时后陈放1天,获得超疏水涂料,其中,表面活性剂为弱阳离子型含氟丙烯酸,改性剂为氟硅烷,所述氟硅烷为碳链长度6-10的全氟乙氧基硅烷。
步骤五.向所述超疏水涂料中加入6 g活化分子筛去除溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。
上述制备的可重涂增透的超疏水涂料在制备玻璃涂层中的应用。具体应用过程如下:制备涂层前,向可重涂增透的超疏水涂料中添加乙醇进行稀释,稀释倍数为6倍。将基材在可重涂增透的超疏水涂料中浸渍3秒后直接拿出,室温下干燥1 min即可获得涂层。
实施例3
一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,包括以下步骤:步骤一.向反应容器中加入60摩尔份乙醇,然后加入3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶,室温下搅拌30 min,转速为600r/min,获得溶液A,其中,链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下:(1)纳米链种子合成,将1质量份L-精氨酸加入到50质量份去离子水和5质量份正硅酸四乙酯的混合物中,然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100 rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜,即可获得纳米链种子溶液;(2)纳米链生长,将0.5质量份 L-精氨酸加入到8质量份上述纳米链种子溶液、8质量份去离子水和70质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置12 h,获得纳米链溶液;(3)纳米链定型,将2质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中,然后在750 rpm转速下在60℃下搅拌12 h,获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。
步骤二.向另一反应容器中加入60摩尔份乙醇,然后加入2摩尔份正硅酸四乙酯,室温下搅拌30 min,转速为600 r/min,再加入5摩尔份质量分数为28%的氨水,继续搅拌2 h后陈化3天,再加入0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌16 h,得到直径为30-50 nm的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液B。
步骤三.将溶液A和溶液B按照1:1的体积比混合后搅拌30 min,得到具有草莓状二氧化硅纳米颗粒硅溶胶,即为溶液C。
步骤四.向溶液C中加入2摩尔份改性剂和0.02摩尔份表面活性剂,搅拌2小时后陈放3天,获得超疏水涂料,其中,表面活性剂为BYK改性助剂,改性剂为硅氮烷,所述硅氮烷为乙基化的硅氮烷。
步骤五.向所述超疏水涂料中加入10 g活化分子筛去除溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。
上述制备的可重涂增透的超疏水涂料在制备玻璃涂层中应用。具体应用过程如下:制备涂层前,将可重涂增透的超疏水涂料在常温超声分散10分钟。将基材在可重涂增透的超疏水涂料中浸渍5秒后直接拿出,室温下干燥2 min即可获得涂层。
对比例1
同实施例1,区别在于,将链式纳米二氧化硅溶胶换成市售硅溶胶(张家港楚人新材料科技有限公司的链状硅溶胶),具体制备过程如下:首先向反应容器中加入35 mol乙醇,然后加入0.5 mol直径为1-10 nm的市售硅溶胶,室温下搅拌15 min,转速为300 r/min,获得溶液A;然后向另一反应容器中加入35 mol乙醇,然后加入1 mol正硅酸四乙酯,室温下搅拌15 min,转速为300 r/min,再加入2 mol质量分数为28%的氨水,继续搅拌1 h后陈化3天,再加入0.2 mol正硅酸四乙酯继续搅拌12 h,得到直径为30-50 nm的二氧化硅纳米硅溶胶,即为溶液B;最后溶液A和溶液B按照1:1的体积比混合后搅拌20 min,得到具有草莓状二氧化硅纳米颗粒硅溶胶,即为溶液C;向溶液C中加入1 mol改性剂和0.02 mol表面活性剂,搅拌1小时后陈放1天,然后用6 g活化分子筛除去溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。将制备的可重涂增透的超疏水涂料浸涂到载玻片上静置1-2分钟后得到可重涂增透超疏水涂层(即图4中市售硅溶胶制备的乙醇基的超疏水涂层)。
分别将载玻片在实施例1制备的可重涂增透的超疏水涂料与本对比例制备的可重涂增透的超疏水涂料进行若干次重新浸涂,其中两者都是每间隔1小时进行一次重涂,通过软布将之前的涂层擦拭干净。结果如图3所示,图3中左边载玻片上半部分(虚线框框出部分)为实施例1制备的超疏水涂料重涂10次后的效果;图3中右边载玻片上半部分(虚线框框出部分)为本对比例制备的可重涂增透的超疏水涂料重涂3次后的效果,存在涂覆不均匀,疏水性不好的问题。综合来看,市售硅溶胶制备的超疏水涂料在透明性、重涂性以及成膜性等方面比本发明所述可重涂增透的超疏水涂料都要差。
将实施例1制备的涂料与本对比例制备的涂料进行扫描电镜分析,参见图5,图5a为本发明实施例1制备的涂料浸涂1次后形成涂层的扫描电子显微镜图,图5b为本对比例制备的涂料浸涂1次后形成涂层的扫描电子显微镜图,由图可知,本发明实施例1制备的涂层表面粗糙度更低,光线通过涂层不容易发生漫反射,因此增透效果相比对比例1要好。
Claims (9)
1.一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一.向反应容器中加入30-60摩尔份乙醇,然后加入0.1-3摩尔份链式纳米二氧化硅溶胶,室温下搅拌5-30 min,转速为100-600 r/min,获得溶液A;
步骤二.向另一反应容器中加入30-60摩尔份乙醇,然后加入0.5-2摩尔份正硅酸四乙酯,室温下搅拌5-30 min,转速为100-600 r/min,再加入0.5-5摩尔份质量分数为20-28%的氨水,继续搅拌0.5-2 h后陈化2-3天,再加入0.1-0.2摩尔份正硅酸四乙酯继续搅拌5-16h,得到直径为30-50 nm的纳米二氧化硅溶胶,即为溶液B;
步骤三.将溶液A和溶液B按照(0.5~1):1的体积比混合后搅拌15-30 min,得到具有草莓状纳米二氧化硅溶胶,即为溶液C;
步骤四.向溶液C中加入0.05-2摩尔份改性剂和0.01-0.02摩尔份表面活性剂,搅拌0.5-2小时后陈放1-3天,获得超疏水涂料;
步骤五.向所述超疏水涂料中加入活化分子筛去除溶剂中的水,即可获得可重涂增透的超疏水涂料。
2.根据权利要求1所述的一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中链式纳米二氧化硅溶胶的制备方法如下:(1)纳米链种子合成,将0.05-1质量份L-精氨酸加入到40-50质量份去离子水和3-5质量份正硅酸四乙酯的混合物中,然后将混合物在装有回流装置的反应釜中在<100 rpm的转速和60℃温度下回流搅拌过夜,即可获得纳米链种子溶液;(2)纳米链生长,将0.2-0.5质量份 L-精氨酸加入到6-8质量份上述纳米链种子溶液、6-8质量份去离子水和60-70质量份乙醇的混合物中后60℃恒温静置10-12 h,获得纳米链溶液;(3)纳米链定型,将1-2质量份正硅酸四乙酯加入上述纳米链溶液中,然后在100~750 rpm转速下在30-60℃下搅拌10-12 h,获得所述链式纳米二氧化硅溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,其特征在于,所述步骤四中表面活性剂为弱阳离子型含氟丙烯酸和BYK改性助剂中的至少一种,改性剂为氟硅烷和硅氮烷中的至少一种,所述氟硅烷为碳链长度6-10的全氟乙氧基硅烷,所述硅氮烷为甲基或者乙基化的硅氮烷,改性剂中的硅元素与步骤二中两次添加的正硅酸四乙酯中总硅元素的摩尔比为1:6。
4.根据权利要求1所述的一种可重涂增透的超疏水涂料的制备方法,其特征在于,所述步骤四中改性剂为氟硅烷和硅氮烷,其中氟硅烷和硅氮烷的摩尔比为1:2。
5.权利要求1-4任一所述的方法制备的可重涂增透的超疏水涂料。
6.权利要求5所述的涂料在制备汽车后视镜、摄像头视窗、眼镜、护目镜、泳镜、汽车挡风玻璃、电子产品玻璃、建筑玻璃、太阳能电池玻璃、衣帽服装或鞋涂层中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,具体应用过程如下:将可重涂增透的超疏水涂料通过浸涂、喷涂或擦涂的方式涂覆在基材表面即可获得涂层。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,采用浸涂的方式制备涂层时,将基材在可重涂增透的超疏水涂料中浸渍3-5秒后直接拿出,室温下干燥1-2 min即可。
9.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,制备涂层前,向可重涂增透的超疏水涂料中添加乙醇进行稀释,稀释倍数为2-8倍。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910553238.XA CN110272645B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910553238.XA CN110272645B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110272645A true CN110272645A (zh) | 2019-09-24 |
CN110272645B CN110272645B (zh) | 2021-06-01 |
Family
ID=67961767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910553238.XA Active CN110272645B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110272645B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111995889A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-27 | 马银屏 | 一种可喷涂疏水材料的制备方法 |
CN112961552A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-15 | 几何智慧城市科技(广州)有限公司 | 一种水性超疏水涂料及其制备方法及应用 |
CN114806232A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种多尺度防污涂层及其制备方法和应用 |
CN115895327A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-04-04 | 广东省科学院化工研究所 | 一种显示屏功能膜及其制备方法和应用 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101061190A (zh) * | 2004-10-22 | 2007-10-24 | 埃西勒国际通用光学公司 | 带有防污涂层的基材 |
CN101492164A (zh) * | 2009-03-09 | 2009-07-29 | 东南大学 | 一种单分散二氧化硅微球的制备方法 |
CN106189832A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-12-07 | 华南理工大学 | 有机聚硅氮烷/无机纳米材料超疏水涂层及其制备方法 |
WO2017085544A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | King Abdullah University Of Science And Technology | Surface functionalized hollow silica particles and composites |
CN107262079A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-20 | 湖南大学 | 一种用于同时监测和去除铀酰离子的智能光子晶体材料 |
CN107384375A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-24 | 洛阳师范学院 | 一种稀土发光二氧化硅杂化材料及其制备方法和应用 |
CN108864778A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-23 | 武汉理工大学 | 一种双尺寸SiO2颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层及其制备方法 |
-
2019
- 2019-06-25 CN CN201910553238.XA patent/CN110272645B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101061190A (zh) * | 2004-10-22 | 2007-10-24 | 埃西勒国际通用光学公司 | 带有防污涂层的基材 |
CN101492164A (zh) * | 2009-03-09 | 2009-07-29 | 东南大学 | 一种单分散二氧化硅微球的制备方法 |
WO2017085544A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | King Abdullah University Of Science And Technology | Surface functionalized hollow silica particles and composites |
CN106189832A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-12-07 | 华南理工大学 | 有机聚硅氮烷/无机纳米材料超疏水涂层及其制备方法 |
CN107262079A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-20 | 湖南大学 | 一种用于同时监测和去除铀酰离子的智能光子晶体材料 |
CN107384375A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-24 | 洛阳师范学院 | 一种稀土发光二氧化硅杂化材料及其制备方法和应用 |
CN108864778A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-23 | 武汉理工大学 | 一种双尺寸SiO2颗粒构成的微米-纳米分级结构超疏水涂层及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
杨德红: "《绿色化学》", 31 January 2008, 黄河水利出版社 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111995889A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-27 | 马银屏 | 一种可喷涂疏水材料的制备方法 |
CN112961552A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-15 | 几何智慧城市科技(广州)有限公司 | 一种水性超疏水涂料及其制备方法及应用 |
CN114806232A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-29 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种多尺度防污涂层及其制备方法和应用 |
CN115895327A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-04-04 | 广东省科学院化工研究所 | 一种显示屏功能膜及其制备方法和应用 |
CN115895327B (zh) * | 2022-12-16 | 2024-01-05 | 广东省科学院化工研究所 | 一种显示屏功能膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110272645B (zh) | 2021-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110272645A (zh) | 一种可重涂增透的超疏水涂料及其制备方法和应用 | |
CN103154152B (zh) | 涂料组合物及其制备和使用方法 | |
CN101384926B (zh) | 涂层系统 | |
CN103627227B (zh) | 一种太阳能玻璃自清洁减反射涂料及其生产方法 | |
CN102617045B (zh) | 一种SiO2减反射薄膜及其制备方法 | |
CN104671672B (zh) | 一种减反射镀膜液及其制备方法、光伏玻璃及其制备方法、太阳能电池组件 | |
CN101184815A (zh) | 含有中空状SiO2的分散液、涂料组合物及带防反射涂膜的基材 | |
JPH06510608A (ja) | 疎水性および耐摩耗性を有する反射防止材および基材上に反射防止性、疎水性、耐摩耗性被覆を付着させる方法 | |
JP2009237551A (ja) | 反射防止膜及びその形成方法 | |
CN103097918A (zh) | 包括多孔二氧化硅纳米微粒的光学涂层 | |
JPH07133105A (ja) | 複合酸化物ゾル、その製造方法および基材 | |
WO2014061606A1 (ja) | 防汚性反射防止膜、物品およびその製造方法 | |
CN105754381B (zh) | 一种纳米增透镀膜液及其制备方法和应用 | |
CN102849962A (zh) | 一种二氧化硅超疏水薄膜的制备方法及一种超疏水材料 | |
CN116285661B (zh) | 一种可常温固化的减反射膜及其制备方法 | |
CN105461234B (zh) | 疏水自清洁减反射涂层及其制备方法 | |
CN107140840A (zh) | 一种采用溶液化学法制备防眩光镀膜玻璃的方法 | |
KR20150127728A (ko) | 반사 방지 특성을 가지는 코팅의 제조를 위한 방법 | |
CN107629760A (zh) | 一种透明防雾剂及其制备方法 | |
CN101440255B (zh) | 不降低透明基材光穿透率的透明水基纳米溶胶凝胶涂料 | |
CN110002768B (zh) | 紧密排布的复合二氧化硅纳米球阵列结构及仿蛾眼减反结构和制备方法 | |
CN103059617B (zh) | 一种纳米增透自洁镀膜液的制备方法 | |
CN105273622B (zh) | 低折射率膜形成用组合物及其制法、低折射率膜的形成法 | |
US20240302571A1 (en) | Method of producing single layer omnidirectional broadband antireflective and super hydrophilic (antifogging) coatings for solar and other applications | |
CN1991411A (zh) | 纳米孔洞型抗反射膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |