一种液态亲水玻璃膜、亲水玻璃及它们的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种液态亲水玻璃膜、亲水玻璃及它们的制备方法。方法是：将三甲氧基巯丙基硅烷与正硅酸烷基酯混合，搅拌均匀，然后加入乙醇继续搅拌至少2天，得到透明溶液，向透明溶液中加入水，继续搅拌，使三甲氧基巯丙基硅烷和正硅酸烷基酯完全水解，得液态亲水玻璃膜，将液态亲水玻璃膜涂覆在玻璃表面然后干燥，得到亲水玻璃。本发明方法在室温下进行，工艺简单，玻璃膜与玻璃结合牢固，亲水性好，使用寿命长，与现有方法比工艺简单，成本低廉，便于工业化生产，可广泛用于玻璃幕墙、窗玻璃、太阳能电站等领域。
【专利说明】
一种液态亲水玻璃膜、亲水玻璃及它们的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种液态亲水玻璃膜的制备方法及所得的液态亲水玻璃膜，还涉及一种亲水玻璃及其制备方法，属于纳米涂层自清洁技术领域。
【背景技术】
[0002]工业发展导致温室效应，污染也越来越严重，生活的环境面临很多挑战，空气中漂浮有大量的污染物，这些污染物会吸附在建筑物幕墙、汽车等的表面，严重影响了人们的生活质量，增加材料的自清洁功能成为材料工作者的主要任务之一。目前自清洁表面主要有高亲水和高憎水两种，其中高亲水膜材料有比较广的应用，例如在玻璃幕墙表面涂覆一层高亲水膜可减小润湿角，即可减少灰尘的吸附，又可以利用雨水冲洗表面。目前的技术一种是在玻璃表面高温处理覆盖一层高亲水膜，该方法成本高。另一种方法是在表面喷洒亲水纳米层，例如，CN201510064039.4在玻璃表面涂覆Si02/Ti02纳米层，形成凸凹结构，使之形成疏水表面;CN102219391A用八甲基环四硅氧烷、Κ0Η、正硅酸乙酯等为原料制成疏水涂层；CN105086537A通过正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、含硅胺烷的直接水解制备疏水清洁涂料，这些方法虽然成本低，但与玻璃基体结合性差，持续时间短，效果相对较差。
【发明内容】
[0003]针对目前技术存在的不足，本发明提供了液态亲水玻璃膜的制备方法即所得液态亲水玻璃膜，该方法操作简单、成本低，所得玻璃膜亲水性好，自清洁效果好，与玻璃基体的结合性好，性能稳定、持久。
[0004]本发明还提供了一种亲水玻璃，该亲水玻璃表面覆有本发明亲水玻璃膜，其亲水性和自清洁能力增强。
[0005]本发明还提供了一种亲水玻璃的制备方法，该方法实施方便、便于应用。
[0006]本发明具体技术方案如下:
一种液态亲水玻璃膜的制备方法，该方法包括以下步骤:
(1)将三甲氧基巯丙基硅烷与正硅酸烷基酯混合，搅拌均匀，然后加入乙醇继续搅拌至少2天，得到透明溶液；
(2)在步骤(I)的透明溶液中加入水，继续搅拌，使三甲氧基巯丙基硅烷和正硅酸烷基酯完全水解，得含有巯基的S12溶胶，所得含有巯基的S12溶胶即为液态亲水玻璃膜。
[0007]上述步骤(I)中，原料三甲氧基巯丙基硅烷的结构式为(CH3O)3SiC2Hd
[0008]上述步骤(I)中，先将含有巯基的硅烷试剂与正硅酸烷基酯混合，然后在乙醇存在下搅拌，利用巯基的弱酸性，使正硅酸烷基酯缓慢水解，防止其水解速度过快而产生团聚，以便更好的形成S12网络结构，不仅有利于与玻璃膜与玻璃基体的结合，还可以保证玻璃膜很好的铺展在玻璃表面，形成均匀透明的玻璃膜。此外，通过含巯基的硅烷试剂与正硅酸烷基酯的充分混合搅拌，巯基能均匀的进入S12网络结构中，使玻璃膜自清洁效果更均匀有效。
[0009]上述步骤(I)中，所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸丙酯。
[0010]上述步骤(I)中，三甲氧基巯丙基硅烷和正硅酸烷基酯的体积比是0.05-0.15:1。[0011 ] 上述步骤(I)中，正硅酸烷基酯和乙醇的体积比是0.08-0.12:1。
[0012]上述步骤(I)中，三甲氧基巯丙基硅烷与正硅酸烷基酯混合后，搅拌至少5h再加入乙醇，以便原料混合均匀。
[0013]上述步骤(2)中，水和正硅酸乙酯的体积比是0.8-1.2: I。通过水的控制，所得液态玻璃膜均匀、稳定，能够很容易的在玻璃表面形成一层透明的玻璃膜，且结合好、寿命长。
[0014]上述步骤(2)中，加入水后，再搅拌至少5天。
[0015]按照上述方法制得的液态亲水性玻璃膜也在本发明保护范围之内。该玻璃膜是液态，喷涂方便，与玻璃结合性好，能够在玻璃表面形成一层均匀透明的亲水性膜，自清洁效果好，性能稳定、持久。
[0016]本发明还提供了一种亲水玻璃，在玻璃表面覆有一层含有巯基的S12膜。优选的，所述含有巯基的S12膜是通过将本发明的液态亲水玻璃膜涂覆在玻璃表面然后干燥的形式形成的。本发明亲水玻璃膜与玻璃结合牢固，性能持久、稳定，在可见光范围内完全透过，形成完全透明的玻璃膜。
[0017]进一步的，液态亲水玻璃膜可以采用喷涂、旋涂、浸涂或印刷的方式涂覆在玻璃表面。
[0018]本发明还提供了一种亲水玻璃的制备方法，该方法在玻璃表面涂覆一层本发明的液态亲水玻璃膜，干燥后即得亲水玻璃。
[0019]上述制备方法中，液态亲水玻璃膜采用喷涂、旋涂、浸涂或印刷的方式涂覆在玻璃表面。
[0020]本发明以含有巯基的硅烷试剂为原料，利用巯基的弱酸性，先将正硅酸乙酯在巯基的存在下缓慢水解，防止水解过程过快而产生团聚，以更好的形成S12网络结构，然后再加入水进行充分水解，这样所得到的玻璃膜均匀透明，与玻璃基体结合性好、亲水性好，很容易铺展在玻璃表面，使玻璃具有很好的亲水、自清洁效果，且效果持久稳定，寿命长。本发明玻璃膜在室温下制备，工艺简单，成本低廉，便于工业化生产，可广泛用于玻璃幕墙、窗玻璃、太阳能电站等领域。
【具体实施方式】
[0021]下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，下述实施例仅在于说明本发明而决不限制本发明。
[0022]实施例1
(I)将0.5mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸乙酯中搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2天，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入5mL水搅拌5天，得到含有巯基的Si02溶胶，即液态亲水玻璃膜；
(3)将上述液态亲水玻璃膜喷涂在玻璃表面，干燥后得到亲水玻璃。该亲水玻璃表面的玻璃膜均匀透明平整、无裂痕。
[0023]实施例2 (I)将0.25mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸甲酯中搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2天，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入5.5mL水搅拌5天，得到含有巯基的Si02溶胶，即液态亲水玻璃膜；
(3)将上述液态亲水玻璃膜旋涂在玻璃表面，干燥后得到亲水玻璃。该亲水玻璃表面的玻璃膜均匀透明平整、无裂痕。
[0024]实施例3
(I)将0.75mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸丙酯中搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2天，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入4mL水搅拌5天，得到含有巯基的Si02溶胶，即液态亲水玻璃膜；
(3)将上述液态亲水玻璃膜喷涂在玻璃表面，干燥后得到亲水玻璃。该亲水玻璃表面的玻璃膜均匀透明平整、无裂痕。
[0025]实施例4
(I)将0.75mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸乙酯中搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2天，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入6mL水搅拌5天，得到含有巯基的Si02溶胶，即液态亲水玻璃膜；
(3)将上述液态亲水玻璃膜喷涂在玻璃表面，干燥后得到亲水玻璃。该亲水玻璃表面的玻璃膜均匀透明平整、无裂痕。
[0026]对比例I (I)同实施例4;
(2 )在步骤(I)的溶液中加入50mL水搅拌5天，得到含有巯基的S i O2溶胶；
(3)将上述含有巯基的S12溶胶喷涂在玻璃表面，干燥后得到覆有玻璃膜的玻璃。该玻璃表面的玻璃膜干燥后开裂。
[0027]对比例2
(I)将0.75mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸乙酯中搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2小时，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入4mL水搅拌5天，得到含有巯基的S i O2溶胶；
(3)将上述含有巯基的S12溶胶喷涂在玻璃表面，干燥后在玻璃表面形成透明的S12玻璃膜，该玻璃膜未开裂。
[0028]对比例3
(I)将0.1mL三甲氧基巯丙基硅烷加入5mL正硅酸甲酯搅拌5小时，之后加入50mL乙醇搅拌2天，得到均匀透明的溶液；
(2 )在步骤(I)的溶液中加入5mL水搅拌5天，得到含有巯基的S i O2溶胶；
(3)将上述含有巯基的S12溶胶喷涂在玻璃表面，干燥后在玻璃表面形成的S12玻璃膜开裂。
[0029]应用例
将上述实施例和对比例的玻璃膜分别进行亲水性验证试验，以检测玻璃膜的亲水和自清洁性能，方法如下:
将各实施例和对比例的玻璃膜在同样的室外环境下放置2个月，2个月后肉眼观察实施例1-4玻璃表面的灰尘明显比对比例1-3的少，将表面灰尘去除后，用400倍的显微镜观察玻璃表面，发现实施例1-4的玻璃表面的玻璃膜仍然平整、无裂痕，对比例2的玻璃膜有轻微的裂痕出现，对比例I和3的玻璃膜裂痕非常明显。
[0030]对实施例1-4和对比例1-3的玻璃膜进行润湿角测试，其中实施例1-4的玻璃膜的润湿角为180°，即水滴完全铺平，亲水性好，而对比例1-3的玻璃膜的润湿角为90°，比实施例的玻璃膜亲水性差一些。
【主权项】
1.一种液态亲水玻璃膜的制备方法，其特征是包括以下步骤: (1)将三甲氧基巯丙基硅烷与正硅酸烷基酯混合，搅拌均匀，然后加入乙醇继续搅拌至少2天，得到透明溶液； (2)在步骤(I)的透明溶液中加入水，继续搅拌，使三甲氧基巯丙基硅烷和正硅酸烷基酯完全水解，得含有巯基的S12溶胶，所得含有巯基的S12溶胶即为液态亲水玻璃膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(I)中，三甲氧基巯丙基硅烷和正硅酸烧基酯的体积比是0.05_0.15:1;步骤(I)中，正娃酸烧基酯和乙醇的体积比是0.08-0.12:lo3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是:步骤(2)中，水和正硅酸乙酯的体积比是0.8—1.2:1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述正硅酸烷基酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸丙酯。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(I)中，三甲氧基巯丙基硅烷与正硅酸烷基酯混合后，搅拌至少5h再加入乙醇;步骤(2)中，加入水后，再搅拌至少5天。6.按照权利要求1-5中任一项所述的液态亲水玻璃膜的制备方法制得的液态亲水玻璃膜。7.一种亲水玻璃，其特征是:在玻璃表面覆有一层含有巯基的S12膜。8.根据权利要求7所述的亲水玻璃，其特征是:所述含有巯基的S12膜是通过将权利要求6所述的液态亲水玻璃膜涂覆在玻璃表面然后干燥的形式形成的。9.一种亲水玻璃的制备方法，其特征是:在玻璃表面涂覆一层权利要求6所述的液态亲水玻璃膜，干燥后即得亲水玻璃。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征是:液态亲水玻璃膜采用喷涂、旋涂、浸涂或印刷的方式涂覆在玻璃表面。
【文档编号】C01B33/141GK106007394SQ201610368255
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】杨萍, 王刚, 车全德
【申请人】济南大学