專利名稱：耐磨的超親水增透涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及耐磨的超親水增透涂層。
背景技術(shù)：
自清潔玻璃就是指普通玻璃在經(jīng)過特殊處理之后，使表面具有超親水或者超疏水特性，從而達到不影響鏡面成像、能見度和玻璃的透光率的效果。自清潔玻璃按親水性分類可分為超親水自清潔玻璃(玻璃表面與水的接觸角小于5度)和超疏水自清潔玻璃(玻璃表面與水的接觸角為大于150度，滾動角小于5度)，按材質(zhì)分類可分為無機材料涂層自清潔玻璃和有機材料涂層自清潔玻璃。
對于無機材料涂層的自清潔玻璃而言，若該無機材料涂層為超疏水性物質(zhì)，則類似荷葉效應，其涂層表面對水的滾動角小(滾動角小于5度)，能使微小水滴聚集成大水珠。當集成的水珠達到一定尺寸時，會借助自身重力下滑，或通過外力如風吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆的超疏水性物質(zhì)的無機材料涂層的效果明顯，但是時效性差；這是由于小水滴的聚集或吹干、蒸發(fā)都需要一段時間，水滴會留在玻璃制品上，如棱鏡般地影響成像和能見度，而且目前涂覆超疏水性物質(zhì)的無機材料涂層的耐久性不理想，無法保證玻璃產(chǎn)品作為耐用消費品的長期使用壽命，從而無法保證真正意義上的自清潔效果。若該無機材料涂層為超親水性物質(zhì)，則會使小水滴在玻璃表面上的接觸角趨近于零度，當水接觸到玻璃表面時，迅速在其表面鋪展，形成均勻的水膜，表現(xiàn)出超親水的性質(zhì)，不會影響鏡面成像，同時水層薄對透光率的影響也大為減小，通過均勻水膜的重力下落帶走污潰。在玻璃表面涂覆的超親水性物質(zhì)的無機材料涂層，可以去除大部分污潰。國外在20世紀60年代就已經(jīng)開始了玻璃自清潔研究，在基礎(chǔ)研究方面，目前，世界上發(fā)達國家均有知名公司在專門從事自清潔玻璃的研究開發(fā)和制作，如英國Pilkington公司、日本TOTO公司、美國PPG公司、德國GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在應用開發(fā)方面，日本率先展開開發(fā)、推廣、應用TiO2光催化自清潔玻璃，英國Pilkington公司、美國PPG公司等玻璃商也看好這一產(chǎn)品的開發(fā)、加工、生產(chǎn)及推廣應用的大市場。英國Pilkington玻璃公司在開發(fā)應用TiO2光催化自潔凈玻璃方面已走在歐、美玻璃商的前列，并在2002年底之前把該產(chǎn)品推廣到歐洲及其他國家(如美國)玻璃市場，進行公開批量銷售，隨后在北美、大洋洲的澳大利亞、亞洲的日本等地區(qū)及國家推出(陳利賓，建筑玻璃與工業(yè)玻璃2004，No. 6，12 15);美國W. L. Tonar等人研制的透明復合自清潔防霧玻璃(ff. L. Tonar et al. Electrochromic Device Having ASelf-cleaning HydrophilicCoating. United States Patent Application PublicationUS2001/00210066A1,2001-09-13 ；K.Toru. Vehicle Mirror. United StatesPatent US5594585 :1997-01-14 ;K.Toru. Anti-fog Element. US5854708 :1998-12-29 ;K.Takahama et al.Method ofForming HydrophilicInorganic Coating Film And Inorganic Coating Composition.United States PatentApplication Publication US2001/008696 Al, 2001-07-13),是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化劑透明涂層，再在光催化劑透明涂層的表面形成具有親水性的透明多孔無機氧化物6102和Al2O3)薄膜。然而這些技術(shù)都利用了 TiO2光催化特性促使表面達到超親水，適用條件會受到限制，因為需要有光照的環(huán)境才能進行催化作用；而且這種孔狀結(jié)構(gòu)表面雖可以提高親水性，但很容易被難揮發(fā)的物質(zhì)或者納米塵埃堵住孔口，耐久性不理想。國內(nèi)的研究雖然起步較晚，但也取得了顯著的進展，有關(guān)專利和技術(shù)成果有上百項，為了達到自清潔效果，通常采用以下措施(1)在玻璃表面噴上一層表面活性劑，以除去沉積在其上的水滴和塵埃；(2)在玻璃表面涂覆一層有機吸水防霧涂層；(3)安裝加熱裝置，通過加熱蒸發(fā)玻璃表面水滴；(4)安裝超聲波分散和加熱裝置，對玻璃表面水滴同時進行分散和加熱，達到快速蒸發(fā)的目的。然而這些方法都有各自的局限性方法(I)需定期反復噴刷表面活性劑而顯得不便利；方法(2)由于使用有機物質(zhì)導致玻璃制品耐磨性和耐熱性不好；方法(3)中由于加熱蒸發(fā)水滴通常需7 10分鐘，時效性差，且需要外加能量，能量消耗大，因而不實用；方法(4)的裝置較復雜，元件多，成本高(劉付勝聰，李玉平全國性建材科技期刊-《玻璃》2002年第3期16 19)。中科納米技術(shù)工程中心有限公司(簡稱中科納米)的常溫固化納米自清潔玻璃技術(shù)取得了顯著進展，結(jié)合玻璃深加工工藝，完成了大板面自清潔玻璃的制作，已應用于國家大劇院和汽車展示廳玻璃等建設(shè)項目中。中科 納米自清潔玻璃的水在玻璃表面的接觸角為6. 5度，國外某著名公司的自清潔玻璃的接觸角為17度，可見，中科納米自清潔玻璃的親水性遠遠好于國外某著名公司的產(chǎn)品。(陳利賓，建筑玻璃與工業(yè)玻璃2004，No6,12 15)。不幸的是該技術(shù)要利用TiO2的光催化特性來提高基質(zhì)表面的親水性，必須在有紫外光照射的環(huán)境中才表現(xiàn)出良好的親水性能，在黑暗的環(huán)境中是很難達到這種效果，而且也沒有達到真正意義的超親水(接觸角小于5度)，因此限制了其適用范圍?？偟膩碚f，目前的這些技術(shù)的自清潔耐久性還不理想。因此研究開發(fā)便利的、耐磨性和耐侯性好的且成本低的新型自清潔玻璃是十分必要和有意義的。玻璃表面的組裝涂層具有超親水和增透效果，但是往往其耐磨性達不到要求，從而在真正的實際應用中受到限制，雖然通過后處理能提高涂層的耐磨性，但是在提高涂層的耐磨性的同時，涂層的增透和自清潔性質(zhì)會受到一定的影響，本發(fā)明中的涂層依次采用簡單的水熱處理和快速淬火處理，能夠得到高增透、超親水和耐磨性質(zhì)的涂層，具有良好的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供采用靜電自組裝的方法，將納米粒子和聚電解質(zhì)交替組裝，從而提供一種耐磨的超親水增透涂層。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層，是利用SiO2表面具有良好的親水性和二氧化硅薄膜具有較低的反射率、高的光透過率、耐磨性能好等優(yōu)點，由粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)造出粗糙結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)，同時該涂層具有超親水性能。水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為0度，涂有該涂層的玻璃片的透光率能從91. 3%提高到99.0%。當水滴落在涂有該涂層的玻璃表面時，水珠會迅速均勻鋪平，然后蒸發(fā)，不留下任何斑點。本發(fā)明中的這種涂層具有制備工藝簡單、成本低、效果明顯、適用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層可以正硅酸乙酯(TEOS)、氨水、無水乙醇為原料，制備出10 40nm的SiO2納米粒子；然后采取浸涂方法將SiO2球型納米粒子與聚電解質(zhì)通過靜電組裝沉積到玻璃片上，制備的涂層依次經(jīng)過水熱處理和快速淬火處理。所需儀器設(shè)備簡單、廉價，有望實現(xiàn)工業(yè)化。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層是由以下方法制備得到的(I)將清洗干凈后的玻璃片浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在玻璃片表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中，取出，用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干，在所述聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有5 20層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層；然后再重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，得到在玻璃片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片；
(2)將步驟(I)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片浸入到含有粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中，取出用蒸餾水洗滌，惰性氣體吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2球型納米粒子層；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在所述SiO2球型納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；重復上述沉積SiO2球型納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至在步驟(I)得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片上，得到總共沉積有3 8層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在玻璃片上沉積的最后一層是粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子層的玻璃片；在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層；(3)將步驟(2)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層的玻璃片放入高壓反應釜中的托架上，在高壓反應釜中加入水，并保持所述SiO2球型納米粒子層不接觸水，將高壓反應釜密封加熱到溫度為100 140°C進行水熱處理(優(yōu)選水熱處理的時間是I 2小時)，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層；(4)將步驟(3)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片快速放入溫度為600 800°C的馬弗爐中進行淬火100 300s，以除去聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層。所述的快速是在打開馬弗爐的爐門后，時間控制在15秒內(nèi)將所述的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片放入馬弗爐中。所述的清洗是將玻璃片浸入到質(zhì)量濃度為98%的H2SO4與質(zhì)量濃度為30%的H2O2按體積比為7 3混合的混合液中，取出用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干。所述的將玻璃片浸入到H2SO4與H2O2的混合液中的時間是5 20分鐘。所述的含有粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液的質(zhì)量濃度為0. 1% 1%;其是在無水乙醇中，將正硅酸乙酯在氨水催化下水解，制備出含有單分散粒徑大約為10 40nm SiO2球型納米粒子的懸浮液；或?qū)⒘酱蠹s為10 40nm的SiO2球型納米粒子分散在水中得到懸浮液，其質(zhì)量濃度為0. 1% 1%。所述的粒徑大約為10 40nm的SiO2球型納米粒子，可取市售，或按照St6ber(Stober W，F(xiàn)ink A, Bohn E. Journal of Colloid & Interface Science,1968，26 :62 69)方法進行制備。本發(fā)明中所述的涂層是通過SiO2球型納米粒子表面帶的負電荷與玻璃片上沉積的聚電解質(zhì)所帶的正電荷的靜電吸引自組裝而形成，每一步完成都用蒸餾水徹底洗滌，用惰性氣體(如氮氣)吹干。所述的聚電解質(zhì)是聚二烯丙基二甲基氯化銨和聚苯乙烯磺酸鈉。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層可以用于玻璃制品上，包括家庭、公寓以及商業(yè)和公共場所建筑的玻璃窗戶、玻璃天窗、玻璃幕墻、家庭浴室鏡子、汽車擋風玻璃、后視鏡、后景玻璃、眼鏡片等。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層特別適用于潮濕空氣環(huán)境的各式各 樣的需要清潔處理的基質(zhì)上，水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為0度。本發(fā)明以廉價且易取得的普通玻璃片作為基質(zhì)，再通過層層靜電自組裝沉積帶電聚電解質(zhì)和SiO2球型納米粒子，由于SiO2球型納米粒子之間的孔隙率的增加，使涂有所述耐磨的超親水增透涂層的玻璃片具有良好的增透性能，其透光率能從91. 3%提高到99. 0%，同時也具有超親水性和良好的耐磨性。該耐磨的超親水增透涂層具有制備工藝簡單、成本低、性能優(yōu)越、耐久性能好、適用范圍廣等優(yōu)點。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層還可以降低水的表面張力，使水迅速鋪展在玻璃表面，帶走污垢達到清潔玻璃表面的目的。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖I.玻璃片的透光率；圖中的0、5、6、7線分別對應沒有涂層的玻璃片、沉積有五層粒徑為10 20nm的SiO2納米粒子玻璃片的透光率對應實施例I、沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子玻璃片的透光率對應實施例2、沉積有七層粒徑為30 40nm的SiO2納米粒子玻璃片的透光率對應實施例3。圖2.沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片經(jīng)過不同步驟處理后的透過率對應實施例2 ；a為自組裝涂層；b為自組裝涂層經(jīng)水熱處理；c為自組裝涂層經(jīng)水熱處理再經(jīng)快速淬火處理。圖3.沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片經(jīng)過不同步驟處理后的接觸角對應實施例2，測量所用的水滴體積為I y L :a為自組裝涂層對應；b為自組裝涂層經(jīng)水熱處理；c為自組裝涂層經(jīng)水熱處理再經(jīng)快速淬火處理。圖4.沉積有五層粒徑為10 20nm的SiO2納米粒子的涂層、沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層和沉積有七層粒徑為30 40nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片，經(jīng)水熱處理再經(jīng)過快速淬火處理的瞬間接觸角隨時間變化的關(guān)系曲線圖，曲線a對應實施例1，曲線b對應實施例2，曲線c對應實施例3，測量所用水滴體積為I ii L0圖5.沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片經(jīng)過水熱處理，鉛筆刮痕測試的SEM像對應實施例2 :a為IH的鉛筆刮痕測試SEM像；b為2H的鉛筆刮痕測試SEM像；c為3H的鉛筆刮痕測試SEM像；d為4H的鉛筆刮痕測試SEM像；圖中箭頭所指的方向為劃破的地方。圖6沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片經(jīng)水熱處理再經(jīng)快速淬火處理，鉛筆刮痕測試的SEM像對應實施例2 :a為2H的鉛筆刮痕測試SEM像；b為3H的鉛筆刮痕測試SEM像；c為4H的鉛筆刮痕測試SEM像；d為5H的鉛筆刮痕測試SEM像；e為6H的鉛筆刮痕測試SHM像；圖中箭頭所指的方向為劃破的地方。圖7.沉積有六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子的涂層的玻璃片經(jīng)過不同步驟處理后的SEM圖，對應實施例2 a為自組裝涂層；b為自組裝涂層經(jīng)水熱處理；c為自組裝涂層經(jīng)水熱處理再經(jīng)快速淬火處理。
具體實施例方式實施例I耐磨的超親水增透涂層由五層粒徑為10 20nm的SiO2納米粒子組成,其制備 方法包括以下步驟(I)將3mL氨水，IOOmL無水乙醇加入到錐形瓶中常溫攪拌10分鐘，在60°C攪拌2分鐘，在攪拌下滴加2mL正硅酸乙酯(TEOS)，在60°C劇烈攪拌10小時，得到半透明的懸浮液，所得含有粒徑為10 20nm的SiO2球型小粒子懸浮液，并用水稀釋成質(zhì)量分數(shù)為0. 1% I %的懸浮液備用；(2)將普通玻璃片浸入到新配的Pirhana溶液(質(zhì)量濃度約為98%的H2SO4與質(zhì)量濃度約為30%的H2O2按體積比為7 3混合的混合液)中5 20分鐘，取出用蒸餾水洗滌，用氮氣吹干；(3)將步驟⑵用氮氣吹干后的玻璃片浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在玻璃表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中2 10分鐘,取出，用蒸懼水洗漆,用氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有5個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層，然后再浸入到濃度為
I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；得到在玻璃片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片；(4)將步驟(3)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片浸入到步驟(I)制備得到的含有粒徑為10 20nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中2 10分鐘，取出用蒸餾水洗滌，氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2納米粒子層，然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在SiO2納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；重復上述沉積SiO2納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有5個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為10 20nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在玻璃片上沉積的最后一層是粒徑為10 20nm的SiO2球型納米粒子層的玻璃片；在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層；(5)將步驟(4)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層的玻璃片放入高壓反應釜中的托架上，在高壓反應釜中加入25mL(高壓反應釜為IOOmL)的水，保持所述粒徑為10 20nm的SiO2球型納米粒子涂層不接觸水，將高壓反應釜密封加熱到溫度為100 140°C進行水熱處理I 2小時，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層;(6)打開馬弗爐的爐門，在15秒內(nèi)將步驟(5)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片放入溫度為600 800°C的馬弗爐中，在溫度為600 800°C下淬火100 300秒，以除去聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層。該具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層的透光率如圖I中線5所示。水熱處理再經(jīng)過快速淬火處理的瞬間接觸角隨時間變化的關(guān)系曲線如圖4a所示。從電鏡上看出，耐磨性達到4H。實施例2 耐磨的超親水增透涂層由六層粒徑為20 30nm的SiO2納米粒子組成，其制備方法包括以下步驟(I)將4mL氨水，IOOmL無水乙醇加入到錐形瓶中常溫攪拌10分鐘，在60°C攪拌2分鐘，在攪拌下滴加2mL正硅酸乙酯(TEOS)，在60°C繼續(xù)攪拌12小時，得到半透明的懸浮液，所得含有粒徑為20 30nm的SiO2球型小粒子懸浮液，并用水稀釋成質(zhì)量分數(shù)為0. 1% I %的懸浮液備用；(2)將普通玻璃片浸入到新配的Pirhana溶液(質(zhì)量濃度約為98%的H2SO4與質(zhì)量濃度約為30%的H2O2按體積比為7 3混合的混合液)中5 20分鐘，取出用蒸餾水洗滌，用氮氣吹干；(3)將步驟(2)用氮氣吹干后的玻璃片浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在玻璃表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨 涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中2 10分鐘,取出，用蒸懼水洗漆,用氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有10個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層，然后再重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，得到在玻璃片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片；(4)將步驟(3)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片浸入到步驟(I)制備得到的含有粒徑為20 30nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中2 10分鐘，取出用蒸餾水洗滌，氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2納米粒子層，然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在SiO2納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；重復上述沉積SiO2納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有6個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為20 30nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在玻璃片上沉積的最后一層是粒徑為20 30nm的SiO2球型納米粒子層的玻璃片；在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層。(5)將步驟(4)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層的玻璃片放入高壓反應釜中的托架上，在高壓反應釜中加入25mL(高壓反應釜為IOOmL)的水，保持所述粒徑為20 30nm的SiO2球型納米粒子涂層不接觸水，將高壓反應釜密封加熱到溫度為100 140°C進行水熱處理I 2小時，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層;(6)打開馬弗爐的爐門，在15秒內(nèi)將步驟(5)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片放入溫度為600 800°C的馬弗爐中，在溫度為600 800°C下淬火100 300秒，以除去聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層。步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)制備所得到的涂層的透光率如圖2所示；步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)制備所得到的涂層的接觸角如圖3所示；步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)制備所得到的涂層的表面形貌如圖7所示。 步驟(5)制備所得到的涂層的鉛筆刮痕測試SEM如圖5中的a，b，c, d所示。步驟(6)制備所得到的涂層的鉛筆刮痕測試SHM如圖6中的a，b，c，d，e所示。從圖中可以看出，實施例2的耐磨性達到了 5H。水熱處理再經(jīng)過快速淬火處理的瞬間接觸角隨時間變化的關(guān)系曲線如圖4b所示。實施例3耐磨的超親水增透涂層由七層粒徑為30 40nm的SiO2納米粒子組成，其制備方法包括以下步驟(I)將4mL氨水，IOOmL無水乙醇加入到錐形瓶中常溫攪拌10分鐘，在60°C攪拌5分鐘，在攪拌下滴加3mL正硅酸乙酯(TEOS)，在60°C繼續(xù)攪拌10小時，得到半透明的懸浮液，所得含有粒徑為30 40nm的SiO2球型小粒子懸浮液，并用水稀釋成質(zhì)量分數(shù)為0. 1% I %的懸浮液備用；(2)將普通玻璃片浸入到新配的Pirhana溶液(質(zhì)量濃度約為98%的H2SO4與質(zhì)量濃度約為30%的H2O2按體積比為7 3混合的混合液)中5 20分鐘，取出用蒸餾水洗滌，用氮氣吹干；(3)將步驟⑵用氮氣吹干后的玻璃片浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在玻璃表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中2 10分鐘,取出，用蒸懼水洗漆,用氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有15個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層，然后再重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，得到在玻璃片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片；(4)將步驟(3)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片浸入到步驟(I)制備得到的含有粒徑為30 40nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中2 10分鐘，取出用蒸餾水洗滌，氮氣吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2納米粒子層，然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中2 10分鐘后取出，在SiO2納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用氮氣吹干；重復上述沉積SiO2納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至得到再沉積有7個由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為30 40nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在玻璃片上沉積的最后一層是粒徑為30 40nm的SiO2球型納米粒子層的玻璃片，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層；(5)將步驟(4)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層的玻璃片放入高壓反應釜中的托架上，在高壓反應釜中加入25mL(高壓反應釜為IOOmL)的水，保持所述粒徑為30 40nm的SiO2球型納米粒子涂層不接觸水，將高壓反應釜密封加熱到溫度為100 140°C進行水熱處理I 2小時，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層;
(6)打開馬弗爐的爐門，在15秒內(nèi)將步驟(5)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片放入溫度為600 800°C的馬弗爐中，在溫度為600 800°C下淬火100 300秒，以除去聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層。該具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層的透光率如圖I中線7所示。水熱處理再經(jīng)過快速淬火處理的瞬間接觸角隨時間變化的關(guān)系曲線如圖4c所示。從電鏡上可以看出，涂層的耐磨性能達到5H。
權(quán)利要求
1.一種耐磨的超親水增透涂層，其特征是，所述的耐磨的超親水增透涂層是由以下方法制備得到的 (1)將清洗干凈后的玻璃片浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在玻璃片表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中，取出，用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干，在所述聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有5 20層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層；然后再重復上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，得到在玻璃片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片； (2)將步驟(I)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片浸入到含有粒徑為10 40nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中，取出用蒸餾水洗滌，惰性氣體吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2球型納米粒子層；然后再浸入到濃度為I 3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在所述SiO2球型納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；重復上述沉積SiO2球型納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至在步驟(I)得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的玻璃片上，得到總共沉積有3 8層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為10 40nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在玻璃片上沉積的最后一層是粒徑為10 40nm的SiO2球型納米粒子層的玻璃片；在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層； (3)將步驟(2)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的增透涂層的玻璃片放入高壓反應釜中的托架上，在高壓反應釜中加入水，并保持所述SiO2球型納米粒子層不接觸水，將高壓反應釜密封加熱到溫度為100 140°C進行水熱處理，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層； (4)將步驟(3)制備得到的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片快速放入溫度為600 800°C的馬弗爐中進行淬火100 300s，以除去聚電解質(zhì)聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚苯乙烯磺酸鈉，在玻璃片的表面制備得到表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的超親水增透涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨的超親水增透涂層，其特征是所述的清洗是將玻璃片浸入到質(zhì)量濃度為98 %的H2SO4與質(zhì)量濃度為30 %的H2O2按體積比為7 3混合的混合液中，取出用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐磨的超親水增透涂層，其特征是所述的將玻璃片浸入到H2SO4與H2O2的混合液中的時間是5 20分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨的超親水增透涂層，其特征是所述的含有粒徑為10 40nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液的質(zhì)量濃度為O. 1% 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨的超親水增透涂層，其特征是所述的快速是在打開馬弗爐的爐門后，時間控制在15秒內(nèi)將所述的表面具有粗糙結(jié)構(gòu)的耐磨的增透涂層的玻璃片放入馬弗爐中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨的超親水增透涂層，其特征是所述的水熱處理的時間是I 2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐磨的超親水增透涂層。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層，是利用SiO2表面具有良好的親水性和二氧化硅薄膜具有較低的反射率、高的光透過率、耐磨性能好等優(yōu)點，由粒徑大約為10～40nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)造出粗糙結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)，同時該涂層具有超親水性能。水在涂有該涂層的玻璃表面的接觸角為0度，涂有該涂層的玻璃片的透光率能從91.3％提高到99.0％。當水滴落在涂有該涂層的玻璃表面時，水珠會迅速均勻鋪平，然后蒸發(fā)，不留下任何斑點。本發(fā)明的耐磨的超親水增透涂層具有制備工藝簡單、成本低、效果明顯、適用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢。
文檔編號C03C17/42GK102795791SQ20111013517
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者賀軍輝, 許利剛 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所