一种自清洁水性增透膜的制备方法与流程

本发明涉及一种自清洁水性增透膜的制备方法，属于光学薄膜制备技术领域。

背景技术：

减反射膜，又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学元件表面的反射光，减少或消除系统的杂散光，从而增加这些元件的透光量。sio2因其折射率（1.45）低，使用较为普遍。但sio2增透膜却有着机械性能较差、不耐潮湿、制备工艺复杂等缺点，当这种纳米膜层应用于户外时，会受限于缺乏耐候性和自清洁性。引入具有光催化作用的二氧化钛是一种可供选择的方法。以二氧化钛为代表的氧化物半导体光催化材料以其独特的性能成为一种理想的环境污染清洁材料。tio2由于具有抗化学和光腐蚀、性质稳定、无毒、催化活性高、价廉等特性，对于难降解的有机物具有很好的降解作用，能处理多种有机和无机污染物。

现阶段采用的方法有以下几种：（1）掺锌减反射型自清洁涂层的制备方法，它采用一种溶胶-凝胶技术，首先在玻璃表面制备一层sio2薄膜，然后继续采用溶胶-凝胶技术在sio2薄膜表面制备一层掺锌tio2薄膜，制备出一种sio2/掺锌tio2双层自清洁减反膜。（公开号cn103359955b）（2）采用压印技术以及表面修饰技术在透明柔性薄膜上加工出具有微米尺寸的立体图形结构，从而制备出自清洁减反膜。将所述减反射自清洁薄膜与太阳能电池组件的窗口层集成,以有效抑制窗口层表面反射，增加进入到电池吸收层的光子数，从而提高电池的光电转换效率。（公开号cn105514188a）（3）利用空心纳米复合粒子构建自洁减反膜，该方法在氨水和无水乙醇中加入丙烯酸酯和正硅酸四乙酯制备二氧化硅纳米粒子溶胶，加入异丙醇钛反应得到二氧化钛包裹二氧化硅复合纳米粒子，再将该粒子分散到无水乙醇中形成乙醇溶胶，用盐酸调节p^h值后，用浸渍提拉法在洁净的玻璃两面各镀制一层薄膜，经500℃锻烧后，得到具有光致超亲水性和光催化自洁功能，可见光范围最高透光率达99%以上的多功能减反膜。（公开号cn104310791b）（4）采用去离子水、催化剂、硅源、硅烷偶联剂及有机溶剂制备无机-有机杂化硅溶胶，将溶胶涂覆于经过清洗、干燥后的光伏玻璃上，再将涂膜后的光伏玻璃通过有机物气氛处理，最后将疏水处理后的光伏玻璃在一定温度条件下固化处理一段时间，制备出具有自清洁效果减反射光伏玻璃。（cn101885586b）但是，上述这些方法都存在使用有机溶剂、实验步骤繁琐、实验条件要求高、污染环境等问题。

技术实现要素：

本发明目的在于解决目前无法制备具有自清洁性水性（不含有机溶剂）增透膜的问题，同时现有的制备方法存在复杂、周期长、非环保等问题，提供一种自清洁水性增透膜的简便制备方法。

本发明提出的一种自清洁水性增透膜的制备方法，具体步骤如下：

（１）采用下述任一方法制备含有纳米二氧化钛的水性镀膜液

方法一：将水性聚合物与纳米二氧化钛水溶胶混合，并在磁力搅拌器上进行搅拌，制成含有纳米二氧化钛的水性镀膜液；其中水性聚合物为二氧化硅核壳结构纳米复合粒子水性液；

方法二：将中空纳米二氧化硅纳米粒子水性液与水性纳米二氧化钛溶胶混合，并在磁力搅拌器上进行搅拌，制成含有纳米二氧化钛的水性镀膜液；

方法三：将纳米二氧化硅纳米粒子水性液与水性纳米二氧化钛溶胶混合，并在磁力搅拌器上进行搅拌，制成含有纳米二氧化钛的水性镀膜液；

（２）基底玻璃的前处理

将基底玻璃在浓硫酸与双氧水的混合液中浸泡，然后用清水和去离子水交替清洗，再用气枪吹干；

（３）镀膜过程

采用浸渍提拉法或旋涂法，用步骤（1）得到的含有纳米二氧化钛的水性镀膜液在步骤（２）中得到的基底玻璃上镀膜；

（４）薄膜的后处理

对于步骤（３）得到的薄膜，若是采用步骤（１）所述方法二或方法三所得的含有纳米二氧化钛的水性镀膜液得到的，只需在较低温度处理即可；若是通过步骤（1）所述方法一所得的的含有纳米二氧化钛的水性镀膜液得到的，需要进行高温后处理，除去薄膜中的有机物，得到含有纳米二氧化钛闭孔结构二氧化硅增透膜。

本发明中，步骤（1）中所述得到的含有纳米二氧化钛的水性镀膜液的浓度为5wt.%～30wt.%。

本发明中，步骤（1）所述的二氧化钛水溶胶浓度为1-40wt.%。

本发明中，步骤（２）中所述浸泡时间为30min。

本发明中，步骤（３）中浸渍提拉法或旋涂法，温度30℃，采用提拉法的速度范围为200-2500um/min；采用旋涂法的速度范围为300-1000rpm。

本发明中，步骤（１）中所述二氧化硅核壳结构纳米复合粒子、中空纳米二氧化硅纳米粒子的粒径为20-150nm，纳米二氧化硅纳米粒子水性液的粒径为2-50nm。

本发明中，步骤（４）中采用步骤（１）所得的含有纳米二氧化钛的水性镀膜液得到的，处理温度为500~650℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：这种自清洁水溶性增透膜的制备方法可以制备不含有有机溶剂的环境友好型“绿色”自清洁水溶性增透膜，在加入高折射率的二氧化钛后依旧可以使双面镀膜的玻璃透光率增至9%以上，并且只需要镀一次膜。另外，增透膜制备过程简单，对制备环境要求低、制备周期短、而且成本较低，具有较大经济效益。

附图说明

图1为实施例1中加入的二氧化钛溶胶的透射电镜图。

图2为实施例1中加入二氧化钛增透膜液的透射电镜图。

图3为实施例1中加入不同量二氧化钛增透膜的透光率。

图4为实施例1中日光照射下不同时间亚甲基蓝溶液的吸光度。

图5为实施例1中紫外灯照射下不同时间亚甲基蓝溶液的吸光度。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

（1）将粒径约为80nm、浓度为30wt.%核壳结构聚合物/二氧化硅纳米复合粒子水性液与粒径5nm、浓度为1wt.%纳米二氧化钛水溶胶混合，以10:9、10:18、10:27、10:36和10:45的体积比，用磁力搅拌器搅拌混合。

（2）将基底玻璃浸泡在浓硫酸和双氧水比例为3:1的混合液中30min，用去离子水清洗干净，再用氮气枪吹干。

（3）采用浸渍提拉法，以提拉温度40°c，提拉速度600、900、1200、1500和1800μm/min的条件，使用步骤（3）中的混合液，在步骤（4）中得到的基底玻璃上提拉镀膜。

（4）将步骤（5）中得到的薄膜在500°c下灼烧4h，得到含有二氧化钛纳米粒子的闭孔型二氧化硅增透膜。

从图１中可以看出，本实施例中二氧化钛纳米粒子的粒径为5纳米左右，而且粒子大小较为均一。

从图２中可以看出，二氧化钛溶胶均匀地分散在核壳纳米复合粒子之间。

从图３中可以看出，随着二氧化钛在减反膜中含量的增加，减反膜的在可见光区的透光率并没有降低，甚至还有略微的增加。

从图４中可以看出，含有二氧化钛的减反膜在自然光的照射下具有分解亚甲基蓝的能力，说明此减反膜具有自清洁能力。

从图５中可以看出，含有二氧化钛的减反膜在254纳米紫外灯的照射下具有分解亚甲基蓝的能力，进一步说明此减反膜具有自清洁能力。

实施例2

（1）将粒径约为80纳米nm、浓度为20wt.%中空二氧化硅纳米粒子水性水性液与粒径5nm、浓度为5wt.%纳米二氧化钛水溶胶混合，按照一定比例进行混合，并用去离子水进行稀释，最后采用磁力搅拌器搅拌混合均匀，得到镀膜液。

（2）将基底玻璃浸泡在浓硫酸和双氧水比例为3:1的混合液中30min，用去离子水清洗干净，再用氮气枪吹干。

（3）采用浸渍提拉法，以提拉温度40°c，提拉速度1800μm/min的条件，使用步骤（1）中的混合液，在步骤（2）中得到的基底玻璃上提拉镀十片膜。

（4）将步骤（3）中得到的薄膜在200°c下处理4h，得到含有二氧化钛纳米粒子的闭孔型二氧化硅增透膜。

（5）把步骤（4）中制备得到的减反膜玻璃在日光照射下，浸泡在浓度为5mg/l的亚甲基蓝溶液中，测试不同时间下亚甲基蓝溶液吸光度的变化。

（6）把步骤（5）中减反膜玻璃放在波长为365nm的紫外灯下照射，浸泡在浓度为5mg/l的亚甲基蓝溶液中，测试不同时间下亚甲基蓝溶液吸光度的变化。

实施例3

（1）将二氧化硅纳米粒子水性液与粒径5nm、浓度为5wt.%二氧化钛水溶胶混合，按照一定比例进行混合，并用去离子水进行稀释，最后采用磁力搅拌器搅拌混合均匀，得到镀膜液。

（2）将基底玻璃浸泡在浓硫酸和双氧水比例为3:1的混合液中30min，用去离子水清洗干净，再用氮气枪吹干。

（3）采用浸渍提拉法，以提拉温度40°c，提拉速度1800μm/min的条件，以提拉速度600、900、1200、1500和1800μm/min的条件，使用步骤（1）中的混合液，在步骤（2）中得到的基底玻璃上镀膜。

（4）将步骤（3）中得到的薄膜在200°c下处理4h，得到含有二氧化钛纳米粒子的二氧化硅增透膜。

（5）把步骤（4）中制备得到的减反膜玻璃在日光照射下，浸泡在浓度为5mg/l的亚甲基蓝溶液中，测试不同时间下亚甲基蓝溶液吸光度的变化。

（6）把步骤（5）中减反膜玻璃放在波长为365nm的紫外灯下照射，浸泡在浓度为5mg/l的亚甲基蓝溶液中，测试不同时间下亚甲基蓝溶液吸光度的变化。

上述仅本发明较佳可行的实施例，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。