一種超聲霧化噴涂薄膜制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲霧化噴涂薄膜制備方法。其主要運用簡單的超聲霧化裝置將噴涂液霧化成超細(xì)微液滴，借助外加輔助氣流將其更均勻地附著在基材表面，以形成厚度均勻可控，外觀質(zhì)量高的涂層，從而解決現(xiàn)有噴涂技術(shù)中存在的涂層表面均勻性不好、涂覆效果差、噴涂量不可控以及生產(chǎn)率較低等問題，達(dá)到精確噴涂的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有噴涂效率高、涂膜質(zhì)量高、產(chǎn)品重復(fù)性好、溶液利用率高以及噴涂面積和涂層厚度可精確控制等優(yōu)點。
【專利說明】一種超聲霧化噴涂薄膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噴涂【技術(shù)領(lǐng)域】，是關(guān)于納米薄膜的噴涂加工技術(shù)，具體涉及一種新型的超聲霧化噴涂薄膜制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲霧化噴涂是一種薄膜制備方法，用于在基材的表面噴涂薄膜，其工藝流程大致包括超聲霧化、噴涂、后處理三個步驟。超聲霧化是利用超聲波的空化作用，使溶液中的微小空化核(氣泡)在超聲能量作用下震蕩、生長擴(kuò)大并向溶液表面遷移，到達(dá)溶液表面后破裂，形成微小的液滴(霧)。由于超聲霧化的液滴尺寸細(xì)小，分布均勻，霧化效果好，便于控制，可以避免生產(chǎn)中很多不必要的浪費。在現(xiàn)有的噴涂工藝中，主要是利用壓縮空氣經(jīng)噴槍將噴涂液擠壓噴射到基材表面。但這種工藝存在著不可避免的缺陷，諸如噴涂均勻度不夠、涂層厚度不可控、涂膜質(zhì)量差、溶液反彈嚴(yán)重、浪費較大等問題。
[0003]CN102019264A公開了一種超微霧化噴涂方法，利用超聲波或者二流體噴嘴，兩個或兩個以上噴嘴同態(tài)沿X-Y軸做二維掃描運動，將霧化后化學(xué)液涂覆于整個晶圓，旋轉(zhuǎn)晶圓，進(jìn)行第二次噴涂，再重復(fù)旋轉(zhuǎn)噴涂，直到達(dá)到目標(biāo)厚度。
[0004]CN103143472A公開了一種助焊劑的超聲霧化噴頭，由五部分組成，第一部分中儲霧室與導(dǎo)霧通道由側(cè)壁隔開，儲霧室一側(cè)壁上開有出霧口，儲霧室的另一側(cè)壁上開有上導(dǎo)霧通道開口 ；第二部分設(shè)在第一部分的下方，包括間隔空腔，間隔空腔上開有下導(dǎo)霧通道開口，側(cè)壁上安裝助焊劑注入口，助焊劑由此處注入；第三部分設(shè)在第二部分下方；第四部分設(shè)在第三部分下方，超聲轉(zhuǎn)換器設(shè)在本部分底部，另一端有一底部進(jìn)風(fēng)裝置；第五部分為噴頭裝置，外部氣源由噴頭進(jìn)氣口進(jìn)入后再由噴頭噴出，通過產(chǎn)生的負(fù)壓可以將儲霧室中存儲的霧化助焊劑同時由噴頭噴出。
[0005]盡管目前已經(jīng)有不少超聲霧化噴涂工藝和用于超聲霧化噴涂的設(shè)備出現(xiàn)，但這些工藝或設(shè)備存在著應(yīng)用范圍或應(yīng)用對象的局限。一些超聲霧化噴涂設(shè)備無法做到在噴嘴處出霧量的均勻控制，噴涂而成的涂膜厚度不可精確控制，一些超聲霧化噴涂工藝只適用于一些較小基體表面的噴涂制膜，而本發(fā)明可用于較大基體噴涂，如玻璃幕墻，也可用于較小乃至極小基體的表面涂層，并且同時可做到精確控制涂層厚度的大小和噴涂的幅度(具體通過調(diào)整雙層噴頭的參數(shù)來實現(xiàn))，同時可保證其外觀質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種超聲霧化噴涂制膜方法，能夠更好地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研實驗中需要進(jìn)行精細(xì)加工的領(lǐng)域，能夠最大限度地將噴涂液精確地噴涂到待施工的基材表面。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種超聲霧化噴涂制膜方法，所述方法通過超聲波霧化發(fā)生器將噴涂液超聲霧化成超細(xì)微液滴，借助于超聲霧化噴頭系統(tǒng)，在外加輔助氣流的引導(dǎo)下，向基材表面噴涂制膜；
[0009]所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導(dǎo)入管、作為內(nèi)管的霧化液汽導(dǎo)入管及末端的霧化噴頭；所述的霧化噴頭為連接輔助氣流導(dǎo)入管和霧化液汽導(dǎo)入管的雙層噴霧口。
[0010]本發(fā)明所述的超聲霧化噴涂制膜方法采用自主設(shè)計的超聲霧化噴頭系統(tǒng)，利用超聲波將一般應(yīng)用于空氣噴槍的噴涂液擊碎分裂成超細(xì)微液滴，然后由外加輔助氣流攜帶噴灑在基材表面，形成更加均勻的薄膜。所述外加輔助氣流起到噴幅成型的作用。
[0011]本發(fā)明可通過控制超聲波的頻率和功率來控制液滴的顆粒粒徑和霧化量，通過控制內(nèi)管中霧化液汽的流量來控制噴霧的流量，通過控制外加的輔助氣流能夠使霧化液汽在超聲霧化噴頭中均勻流動。本發(fā)明通過雙層噴頭結(jié)構(gòu)使霧化液汽在霧化噴頭處呈現(xiàn)均勻的霧流而噴灑在基材表面，形成一層厚度均勻可控、外觀質(zhì)量高的涂層。
[0012]本發(fā)明所述超聲波霧化發(fā)生器的超聲波頻率大于或等于1.7MHz，例如可選擇
1.71MHz, 1.78MHz, 1.83MHz, 1.9ΜΗζ，2.1ΜΗζ，2.4ΜΗζ 等，優(yōu)選為 1.7 ?2.ΟΜΗζ，進(jìn)一步優(yōu)選為 2.0MHz ο
[0013]所述超細(xì)微液滴的顆粒粒徑小于30um,例如可選擇29 μ m, 24.3 μ m, 14 μ m,等,優(yōu)選為5.5um?30um?？梢酝ㄟ^控制超聲波頻率來調(diào)節(jié)液滴的顆粒粒徑大小。
[0014]本發(fā)明所述輔助氣流為空氣流、氧氣流或氮氣流。本發(fā)明可以通過控制外加的輔助氣流的流量能夠使霧化液汽在超聲霧化噴頭中均勻流動。
[0015]優(yōu)選地，一定流量的輔助氣流能夠使得噴嘴出口處的液霧具有一定的噴射速度，通過控制流量來控制噴射速度，通過控制噴頭在基體上運動的時間和輔助氣流的流量來控制涂層的厚度。另外輔助氣流的流量的大小也會影響到噴幅的大小，因此本發(fā)明使用這種形式來實現(xiàn)精確控制。所述雙層噴霧口的外層為鴨嘴狀，末端呈橢圓形；其內(nèi)層為鱷魚嘴狀，兩側(cè)開口。
[0016]所述噴涂液為可超聲霧化的液體材料，優(yōu)選為以水為基礎(chǔ)溶劑的溶液或溶膠，進(jìn)一步優(yōu)選為水溶性溶液、溶膠、農(nóng)藥或助劑。所述助劑，如水性助劑、分散劑、潤滑劑等。所述“可”表示“能夠”。
[0017]通過本發(fā)明所述方法制得的膜的厚度為10?500nm。
[0018]本發(fā)明所述基材為各類需要進(jìn)行表面涂膜處理的材料，例如玻璃基材、金屬基材、
塑料基材等。
[0019]一種超聲霧化噴涂制膜方法，所述方法包括以下步驟:
[0020]I)將待霧化的噴涂液置于超聲霧化室中，噴涂液浸沒超聲波霧化發(fā)生器；
[0021]2)噴涂液在超聲霧化室中經(jīng)超聲波擊碎分裂成超細(xì)微液滴，超細(xì)微液滴由超聲霧化室內(nèi)風(fēng)機帶動，進(jìn)入霧化液汽導(dǎo)入管；
[0022]3)在輔助氣流導(dǎo)入管中注入外加輔助氣流，由輔助氣流引導(dǎo)超聲霧化室和霧化液汽導(dǎo)入管內(nèi)的超細(xì)微液滴到達(dá)霧化噴頭，噴射直達(dá)基材表面，迅速成膜。
[0023]與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明所涉及的超聲霧化噴涂方法具有使用范圍廣、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、工藝重復(fù)性好、操作安全可靠、過程無需真空設(shè)備支持、無尾氣污染、噴涂液利用率高等優(yōu)點，既可實現(xiàn)連續(xù)的大面積快速沉積涂層，又可實現(xiàn)小面積甚至極小面積的基材表面的精細(xì)涂覆，也可實現(xiàn)小面積精確涂膜，因此具有廣泛的應(yīng)用前景和市場。
[0025]通過本發(fā)明方法得到的膜涂層厚度均勻可控，涂覆效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)的一種雙層噴頭的主視圖；
[0027]圖2是本發(fā)明所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)的一種雙層噴頭的左視圖；
[0028]圖3是本發(fā)明所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)的一種雙層噴頭的仰視圖；
[0029]圖4是一種噴頭排列組合形式；
[0030]圖5是本發(fā)明所得廣品不意圖；
[0031]圖6是具體實施I中制得的涂層的掃描電鏡圖:(a)為涂層放大50萬倍；(b)為涂層放大10萬倍，其右上角為涂層橫截面電鏡圖，可顯示涂層厚度。
[0032]圖中:1-輔助氣流導(dǎo)入管；2_霧化液汽導(dǎo)入管；3_霧化噴頭；4-膜；5_基材。
[0033]下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0035]為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下:
[0036]一種超聲霧化噴涂制膜方法，所述方法通過超聲波霧化發(fā)生器將噴涂液超聲霧化成超細(xì)微液滴，借助于超聲霧化噴頭系統(tǒng)，在外加輔助氣流的引導(dǎo)下，向基材表面噴涂制膜。
[0037]如圖1-3所示，所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導(dǎo)入管1、作為內(nèi)管的霧化液汽導(dǎo)入管2及末端的霧化噴頭3 ;所述的霧化噴頭3為連接輔助氣流導(dǎo)入管I和霧化液汽導(dǎo)入管2的雙層噴霧口。
[0038]所述超聲波霧化發(fā)生器的超聲波頻率大于或等于1.7MHz，優(yōu)選為1.7?2.0MHz0所述超細(xì)微液滴的顆粒粒徑小于30um。
[0039]所述一種雙層噴霧口的外層為鴨嘴狀，末端呈橢圓形；其內(nèi)層為鱷魚嘴狀，兩側(cè)開□。
[0040]所述噴涂液為水基溶液，優(yōu)選為水溶性溶液、溶膠、農(nóng)藥或助劑。
[0041]所述膜的厚度為10?500nm。
[0042]所述基材為各類需要進(jìn)行表面涂膜處理的材料。
[0043]一種超聲霧化噴涂制膜方法，所述方法包括以下步驟:
[0044](I)將待霧化的噴涂液置于超聲霧化室中，噴涂液浸沒超聲波霧化發(fā)生器；
[0045](2)噴涂液在超聲霧化室中經(jīng)超聲波擊碎分裂成超細(xì)微液滴，超細(xì)微液滴由超聲霧化室內(nèi)風(fēng)機帶動，進(jìn)入霧化液汽導(dǎo)入管2 ；
[0046](3)在輔助氣流導(dǎo)入管I中注入外加輔助氣流，由輔助氣流引導(dǎo)超聲霧化室和霧化液汽導(dǎo)入管2內(nèi)的超細(xì)微液滴到達(dá)霧化噴頭3，噴射直達(dá)基材表面，迅速成膜。
[0047]具體實施例1[0048]組裝超聲噴涂設(shè)備，將一種用于玻璃表面的納米二氧化鈦自清潔溶膠置于超聲霧化室中，溶膠浸沒超聲波霧化發(fā)生器，并保持一定的液面高度。準(zhǔn)備玻璃基材，調(diào)節(jié)超聲波霧化發(fā)生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發(fā)生器開始工作，瞬間將溶膠霧化成顆粒粒徑為IOnm?30nm的極細(xì)液霧，并經(jīng)出霧導(dǎo)管到達(dá)雙層噴頭，在空氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流，保持玻璃基材在噴霧口正下方5?8cm的位置，并以1.5cm/s的速度平整向前運動，玻璃基材在運動的過程中在其表面沉積了一層厚度均勻、外觀透亮的納米自清潔涂層(見圖6)。實際加工時，只需要根據(jù)玻璃基材的實際需涂膜的面積大小，組裝相應(yīng)的噴頭組，一個噴嘴的面積能夠噴涂出相同面積的涂層。通過控制輔助氣流的流量結(jié)合噴嘴的形狀、大小來控制噴幅(即噴涂面積)。
[0049]具體實施例2
[0050]對于極小工件，其表面需噴涂一層涂料，可按照如下方法:首先組裝超聲噴涂設(shè)備，根據(jù)工件表面需涂覆涂層的面積，在設(shè)備上裝上相同面積噴嘴(具體表現(xiàn)為雙層噴嘴的內(nèi)嘴面積)的噴頭，將液體涂料置于超聲霧化室中，涂料浸沒超聲波霧化發(fā)生器，并保持一定的液面高度。調(diào)節(jié)超聲波霧化發(fā)生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發(fā)生器開始工作，瞬間將涂料霧化成顆粒粒徑為IOnm?30nm的極細(xì)液霧，并經(jīng)出霧導(dǎo)管到達(dá)雙層噴頭，在氮氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流，保持工件在噴霧口正下方5?8cm的位置，并以1.5cm/s的速度平整向前運動，工件在運動的過程中在其表面沉積了 一層厚度均勻的涂層。
[0051]具體實施例3
[0052]對于一些無法移動的工件表面涂覆涂層，所采取的方法如下:首先需根據(jù)工件表面需涂覆涂層的面積，在設(shè)備上裝上相同面積噴嘴的噴頭(具體表現(xiàn)為雙層噴嘴的內(nèi)嘴面積)，該雙層噴頭為手持式的噴頭，組裝超聲噴涂設(shè)備，設(shè)備上裝上該雙層噴頭，將液體涂料置于超聲霧化室中，涂料浸沒超聲波霧化發(fā)生器，并保持一定的液面高度。調(diào)節(jié)超聲波霧化發(fā)生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發(fā)生器開始工作，瞬間將涂料霧化成顆粒粒徑為IOum?30um的極細(xì)液霧，并經(jīng)出霧導(dǎo)管到達(dá)雙層噴頭，在氧氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流。將噴霧口靠近工件表面，并保持噴霧口與工件間垂直，距離為5?8cm的位置，并以1.5cm/s的速度根據(jù)工件表面輪廓運動，在噴頭運動的過程中，便可在工件表面沉積了 一層厚度均勻的涂層。
[0053] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法才能實施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進(jìn)，對本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
[0054]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0055]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。[0056]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲霧化噴涂薄膜制備方法，其特征在于，所述方法通過超聲波霧化發(fā)生器將噴涂液超聲霧化成超細(xì)微液滴，借助于超聲霧化噴頭系統(tǒng)，在外加輔助氣流的引導(dǎo)下，向基材表面噴涂制膜； 所述超聲霧化噴頭系統(tǒng)包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導(dǎo)入管(I)、作為內(nèi)管的霧化液汽導(dǎo)入管(2 )及末端的霧化噴頭(3 );所述的霧化噴頭(3 )為連接輔助氣流導(dǎo)入管(I)和霧化液汽導(dǎo)入管(2)的雙層噴霧口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)將待霧化的噴涂液置于超聲霧化室中，噴涂液浸沒超聲波霧化發(fā)生器； (2)噴涂液在超聲霧化室中經(jīng)超聲波擊碎分裂成超細(xì)微液滴，超細(xì)微液滴由超聲霧化室內(nèi)風(fēng)機帶動，進(jìn)入霧化液汽導(dǎo)入管(2)； (3)在輔助氣流導(dǎo)入管(I)中注入外加輔助氣流，由輔助氣流弓I導(dǎo)超聲霧化室和霧化液汽導(dǎo)入管(2)內(nèi)的超細(xì)微液滴到達(dá)霧化噴頭(3)，噴射直達(dá)基材表面，迅速成膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述超聲霧化波發(fā)生器的超聲波頻率大于或等于1.7MHz，優(yōu)選為1.7?2.0MHz，進(jìn)一步優(yōu)選為2.0MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述超細(xì)微液滴的顆粒粒徑小于30um,優(yōu)選為 5.5um ?30um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述輔助氣流為空氣流、氧氣流或氮氣流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述噴涂液為可超聲霧化的液體材料，優(yōu)選為以水為基礎(chǔ)溶劑的溶液或溶膠，進(jìn)一步優(yōu)選為水溶性溶液、溶膠、農(nóng)藥或助劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述膜的厚度為10?500nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述基材為各類需要進(jìn)行表面涂膜處理的材料。
【文檔編號】B05B12/00GK103736620SQ201410026079
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】于偉東, 楊海明, 謝曉峰, 倫志輝, 李珠梅 申請人:佛山市中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陶瓷研發(fā)中心