一种透明超疏水涂层及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种涂层，更具体地，涉及一种透明超疏水涂层及其制备方法和应用。
背景技术：
：润湿性是固体表面的重要性质，一般用液滴与固体表面的接触角进行表征。当水滴与固体表面的接触角大于150°且滚动角小于10°时，该固体表面被称为超疏水表面。然而，一般制备的超疏水表面往往是不透明，这是由于在制备过程中表面粗糙度太大而导致的。研究制备透明超疏水涂膜时，为了使涂膜具有良好的透光性，表面粗糙度对光散射的影响应降低到最低，而表面粗糙度对于超疏水性能则又是必需的。因此，确定合适的表面粗糙度，确保可见光透光性和超疏水性同时兼备是制备透明超疏水涂膜的关键点和难点。现有超疏水材料的制备中大都通过添加白色的填料来获取表面的微观结构，但是这种做法导致形成的涂层表面呈白色，使得透光性较差。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种透明超疏水涂层及其制备方法。根据本发明的一个方面，提供了一种透明超疏水涂层的制备方法，包括：将硅酸乙酯加入溶剂中，然后加入含氟硅烷偶联剂，搅拌均匀，制得第一组分；将催化剂均匀分散于水和溶剂中，制得第二组分；将所述第二组分加入所述第一组分中，搅拌均匀得到溶胶混合物；以及将所述溶胶混合物施加于基体表面，制备得到透明超疏水涂层；其中，所述硅酸乙酯、所述含氟硅烷偶联剂、所述催化剂、所述水以及包含在所述第一组分和所述第二组分中的溶剂之间的摩尔比为：1:1:10-15:20-30:200-400。在上述制备方法中，所述含氟硅烷偶联剂选自十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或者两种的组合。在上述制备方法中，所述催化剂选自酸性催化剂或者碱性催化剂。在上述制备方法中，所述催化剂选自草酸、磷酸、冰醋酸、硅酸或硼酸中的一种或多种的组合。在上述制备方法中，所述催化剂选自氨水、氯化铵、磷酸铵、碳酸钠中的一种或多种的组合。在上述制备方法中，所述溶剂选自乙酸乙酯、乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇中的一种或多种的组合。在上述制备方法中，将所述第二组分加入第一组分中之后，所述硅酸乙酯在所述催化剂作用下发生水解反应并生成纳米sio2。在上述制备方法中，在生成所述纳米sio2之后，所述含氟硅烷偶联剂对所述纳米sio2进行表面改性接枝，从而形成氟化的sio2粒子。在上述制备方法中，所述sio2粒子的粒径在从10nm至80nm的范围内。在上述制备方法中，采用喷涂或刮涂方式将所述溶胶混合物施加于所述基体表面，其中，所述基体选自玻璃、织物、金属或陶瓷中的一种或多种的组合。在上述制备方法中，在制备所述第一组分的步骤中，搅拌时间为0.5-1.5小时。在上述制备方法中，将所述第二组分加入第一组分中，搅拌均匀得到溶胶混合物的步骤进一步包括：将所述第二组分逐滴加入所述第一组分中，搅拌2-24小时，得到所述溶胶混合物。根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述制备方法制得的透明超疏水涂层。根据本发明的又一方面，还提供了上述透明超疏水涂层在玻璃、织物表面中的应用。本发明提供的透明超疏水涂层的表面对水滴的接触角大于150°，同时滚动角小于10°，该超疏水表面由于表面能低不易粘附，在雨水的洗刷下，表面灰尘很容易被水滴带走，因而具有自清洁性能；透明超疏水表面具有光学透明性，可以在挡风玻璃、眼镜、玻璃幕墙和太阳能面板表面防止灰尘粘附，减少清洗人力。当雨水冲刷汽车玻璃上时能够快速滚离带走灰尘，保持车窗干净的同时保持良好的视野，提高了驾驶的安全性。当雨水冲刷太阳能面板表面时能及时带走灰尘，太阳能面板表面保持干净有助于提高太阳能面板的工作效率。由于该透明超疏水涂层采用的原料无毒，环境友好，还可用于织物表面，提升织物的拒水性能。在本发明提供的上述制备方法中，硅酸乙酯在催化剂的作用下，与水发生水解，生成纳米尺寸的sio2，含氟硅烷偶联剂用于对sio2进行表面改性接枝，形成氟化的sio2粒子，涂膜后自组装形成具有微纳结构的低表面能、透明且超疏水表面。本发明采用溶胶凝胶法制备sio2，形成的sio2均匀分散在溶胶中，粒子尺寸为纳米级，大大提升了涂层的透光性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本发明实施例的制备透明超疏水涂层的工艺流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供的透明超疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：如图1的步骤s101所示，将硅酸乙酯加入溶剂中，然后加入含氟硅烷偶联剂，搅拌均匀，制得第一组分，其中，搅拌时间为0.5-1.5小时。在该步骤中，含氟硅烷偶联剂选自十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或者两种的组合；在该步骤中，溶剂选自乙酸乙酯、乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇中的一种或多种的组合。如图1的步骤s103所示，将催化剂均匀分散于水和溶剂中，制得第二组分。其中，催化剂选自酸性催化剂或者碱性催化剂，例如，酸性催化剂选自草酸、磷酸、冰醋酸、硅酸或硼酸中的一种或多种的组合，碱性催化剂选自氨水、氯化铵、磷酸铵、碳酸钠中的一种或多种的组合，在该步骤中，溶剂选自乙酸乙酯、乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇中的一种或多种的组合。如图1的步骤s105所示，将第二组分加入第一组分中，搅拌均匀得到溶胶混合物。具体地，将第二组分逐滴加入第一组分中，搅拌2-24小时，得到溶胶混合物。将第二组分加入第一组分中之后，硅酸乙酯在催化剂作用下发生水解反应并生成纳米sio2，并且在生成纳米sio2之后，含氟硅烷偶联剂对纳米sio2进行表面改性接枝，从而形成氟化的sio2粒子，其中，sio2粒子的粒径在从10nm至80nm的范围内。如图1的步骤s107所示，将溶胶混合物施加于基体表面，制备得到透明超疏水涂层。具体地，采用喷涂或刮涂方式将溶胶混合物施加于基体表面，其中，基体选自玻璃、织物、金属或陶瓷中的一种或多种的组合。其中，在上述步骤中，硅酸乙酯、含氟硅烷偶联剂、催化剂、水以及包含在第一组分和第二组分中的溶剂之间的摩尔比为：1:1:10-15:20-30:200-400。下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1将1g硅酸乙酯加入300g乙醇溶剂中，然后加入1g十三氟辛基三乙氧基硅烷，机械搅拌1h得到第一组分；然后逐滴向第一组分中加入第二组分，其中第二组分为12g氨水、25g水和100g乙醇的混合物，继续搅拌2h，得到透明溶胶，然后采用刮涂方式施工至玻璃表面。实施例2将1g硅酸乙酯加入300g乙醇溶剂中，然后加入1g十三氟辛基三乙氧基硅烷，机械搅拌1h得到第一组分，然后逐滴往第一组分中加入第二组分，其中第二组分为12g磷酸、25g水和100g乙醇的混合物，继续搅拌12h，得到透明溶胶，然后采用喷涂方式施工至玻璃表面。实施例3将1g硅酸乙酯加入300g乙醇溶剂中，然后加入1g十七氟癸基三乙氧基硅烷，机械搅拌1h得到第一组分，然后逐滴往第一组分中加入第二组分，其中第二组分为15g氨水、30g水和100g乙醇的混合物，继续搅拌24h，得到透明溶胶，然后采用刮涂方式施工至玻璃表面。实施例4将1g硅酸乙酯加入100g乙酸乙酯溶剂中，然后加入1g十七氟癸基三乙氧基硅烷，机械搅拌0.5h得到第一组分，然后逐滴往第一组分中加入第二组分，其中第二组分为10g草酸、20g水和100g乙酸乙酯的混合物，继续搅拌6h，得到透明溶胶，然后采用喷涂方式施工至玻璃表面。实施例5将1g硅酸乙酯加入200g丙醇溶剂中，然后加入1g十七氟癸基三乙氧基硅烷，机械搅拌1.5h得到第一组分，然后逐滴往第一组分中加入第二组分，其中第二组分为14g冰醋酸、22g水和100g丙醇的混合物，继续搅拌18h，得到透明溶胶，然后采用刮涂方式施工至玻璃表面。实施例6将1g硅酸乙酯加入100g丁醇溶剂中，然后加入1g十七氟癸基三乙氧基硅烷，机械搅拌1.2h得到第一组分，然后逐滴往第一组分中加入第二组分，其中第二组分为13g磷酸铵、28g水和150g丁醇的混合物，继续搅拌15h，得到透明溶胶，然后采用喷涂方式施工至玻璃表面。对实施例1-6中制备得到的涂层的透光率、接触角、滚动角分别进行测试，其中采用透光率测量仪测量所制涂层的透光率；通过采用接触角测试仪器对其表面水接触角及滚动角进行测试以表征其疏水性。测试结果如下：表1透光率接触角(°)滚动角(°)实施例199％1522实施例298％1603实施例398％1563实施例497％1534实施例597％1563实施例699％1523上述实验结果表面，根据本发明的一些实施例制备得到的透明超疏水涂层透光率大，疏水性能好。在本发明提供的上述制备方法中，硅酸乙酯在催化剂的作用下，与水发生水解，生成纳米尺寸的sio2，含氟硅烷偶联剂用于对sio2进行表面改性接枝，形成氟化的sio2粒子，涂膜后自组装形成具有微纳结构的低表面能、透明且超疏水表面。本发明采用溶胶凝胶法制备sio2，形成的sio2均匀分散在溶胶中，粒子尺寸为纳米级，大大提升涂层的透光性。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12