一種通過不同平均粒徑無機(jī)納米顆粒復(fù)合制備超疏水涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型材料領(lǐng)域，特別屬于自清潔材料領(lǐng)域，具體涉及一種以復(fù)合粒徑納米顆粒制備超疏水涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有超疏水性能的表面在自然界中十分常見，如荷花的葉子、水黽的角、蝴蝶的翅膀以蜘蛛的絲等。水在這些表面形成的接觸角超過150°并且接觸滯后角小于5°，即水接觸到這類表面后不會(huì)潤濕表面且會(huì)隨著表面的略微傾斜而迅速滾落，這類表面被稱為超疏水表面。由于超疏水材料具有十分廣泛的應(yīng)用，其防水，防霧，防雪，防冰，防污染和自清潔等特性在科研和實(shí)際生產(chǎn)、生活等多領(lǐng)域中有極為重要及廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]在這類具有超疏水性能的表面上污染物如灰塵等可以被滾落的水滴帶走而不留下任何的痕跡，這種自清潔的效應(yīng)稱為“荷葉效應(yīng)”。研究表明荷葉效應(yīng)”形成原因是由于表面的微米-納米級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)的乳突及表面疏水的蠟狀物質(zhì)共同作用產(chǎn)生的，其微觀結(jié)構(gòu)為下層微米級(jí)的乳突上分布著納米級(jí)的微結(jié)構(gòu)。單純的在純平表面通過降低表面能的方法得到是的疏水表面其接觸角最大只有119°，因此制備超疏水性表面的關(guān)鍵在于構(gòu)筑微納復(fù)合的粗糙結(jié)構(gòu)以及對具有一定粗糙結(jié)構(gòu)的表面上進(jìn)行第表面能物質(zhì)的修飾。
[0004]具有超疏水特性的低透明度的功能涂層，具有防霜、防霧、抗污染的、抗菌的自清潔特性，可應(yīng)用在建筑物以及無需展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體的表面，高透明度疏水功能涂層則可以用在光電子元件、太陽能電池、激光系統(tǒng)兼需高透明度的物體表面，同時(shí)也可用在手機(jī)屏幕，汽車的擋風(fēng)玻璃、建筑玻璃墻等方面。
[0005]目前，采用化學(xué)氣相沉積法，等離子體聚合法，溶膠-凝膠法、層層沉積技術(shù)，噴霧沉積法，模版法，自組裝技術(shù)等方法可以制備出不同材料的超疏水表面。Hozumi等利用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備了由甲基硅烷(TMS)和氟硅烷(FAS-7)的混合物沉積生成的超疏水薄膜。麥卡錫等利用等離子體聚合的方法，選擇低表面能的氟類，在光滑的聚對苯二甲酸乙酯(PET)表面上制備出了十七氟丙烯酸酯(HTBA)超疏水薄膜。Weixin Hou等以溶膠一凝膠法原位生成納米微粒(二氧化硅)，在聚苯乙烯基底上制備了納米結(jié)構(gòu)透明的超疏水薄膜。
[0006]然而，現(xiàn)有的這些技術(shù)方案工藝復(fù)雜，成本高，形成超疏水涂層前均需對基底物質(zhì)進(jìn)行前處理，大大降低了其在實(shí)際的生產(chǎn)及生活中應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種通過不同平均粒徑無機(jī)納米顆粒復(fù)合制備超疏水涂層的方法，通過簡單的分散液混合后改性的方法得到具有超疏水特性的復(fù)合粒徑納米顆粒分散液，然后通過旋涂、噴涂、浸漬提拉等方式作用于基底上，室溫下短時(shí)間干燥即可得到兼具超疏水和透明度可調(diào)的特性的涂層。這種制備超疏水涂層的方法具有普適性，可作用于工業(yè)生產(chǎn)及生活中各類需要做超疏水處理的基底上，且具有干燥快速快不產(chǎn)生有毒有害氣體的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了簡化工藝和易于控制的目的，利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用;所得到的涂層在較為惡劣的條件下可以有效的對保護(hù)基底起到保護(hù)作用，提高了被保護(hù)基底的可靠性和使用壽命。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段:
[0009]—種通過不同平均粒徑無機(jī)納米顆粒復(fù)合制備超疏水涂層的方法，包含如下步驟:
[0010](I)將平均粒徑為100?300nm的無機(jī)納米顆粒，以乙醇為分散劑超聲分散后磁力攪拌分散得到分散液A;將平均粒徑為20?50nm的無機(jī)納米顆粒，以乙醇為分散劑超聲分散后磁力攪拌分散得到分散液B;將平均粒徑為5?1nm的納米顆粒，以乙醇為分散劑超聲分散后磁力攪拌分散得到分散液C;
[0011](2)將分散液A、B、C等體積混合，先超聲再磁力攪拌混合，得到混合分散液D;
[0012](3)用硅烷偶聯(lián)劑在催化劑的作用下對步驟(2)得到的混合分散液D中的復(fù)合納米顆粒進(jìn)行表面疏水化改性，得到復(fù)合粒徑納米顆粒超疏水分散液E;
[0013](4)取步驟(3)得到的分散液E，將其涂布在基底上，室溫自然干燥或在200°C以下烘干，即可形成具有超疏水性能的涂層。
[0014]進(jìn)一步的，取步驟(3)得到的分散液E，按比例逐步對其進(jìn)行稀釋后涂布于透明基底上得到超疏水涂層。
[0015]進(jìn)一步的，所述復(fù)合顆?？梢允?^02)1203、5102、2110、卩6203、]\^0、卩6304、0&卬3、MgC03、Fe、Ag、CU等一種無機(jī)物的不同平均粒徑納米顆粒的復(fù)合，也可以是其中任意幾種無機(jī)物不同平均粒徑納米顆粒的復(fù)合。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(2)中分散液A、B、C等體積混合，混合液中平均粒徑為5?1nm的納米顆粒、平均粒徑20?50nm的納米顆粒與平均粒徑100?300nm的納米顆粒的質(zhì)量比比例為1:5:1?1:3:1。
[0017]進(jìn)一步的，步驟(3)中所述的娃燒偶聯(lián)劑優(yōu)選為十八燒基二甲氧基娃燒。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(4)中的基底是涂布前未做任何處理的硬質(zhì)基底或軟質(zhì)基底。
[0019]進(jìn)一步的，其中的涂布方法為旋涂、噴涂、浸漬提拉中的一種。
[0020]進(jìn)一步的，超疏水涂層的透明度隨混合分散液E稀釋倍數(shù)增加而逐漸增加。
[0021]進(jìn)一步的，步驟(3)中所述的催化劑為氨水。
[0022]使用接觸角測試儀器進(jìn)行接觸角及滾動(dòng)角測試，所得超疏水涂層接觸角均>160°，
滾動(dòng)角〈5°。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)異的技術(shù)效果:
[0024]本發(fā)明涉及一種通過不同平均粒徑無機(jī)納米顆粒復(fù)合制備超疏水涂層的方法，以復(fù)合粒徑納米顆粒為載體，在催化劑作用下經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性得到超疏水性復(fù)合粒徑納米顆粒分散液，然后作用于基底上即可得到超疏水涂層，通過上述超疏水性復(fù)合粒徑納米顆粒分散液進(jìn)行逐步稀釋后涂布于透明基底上可得到透明度可調(diào)節(jié)的超疏水涂層。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明以三種粒徑的納米顆粒為載體，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑的修飾后得到超疏水性納米顆粒分散液，用該分散液在各類型的基底上一步法直接涂布構(gòu)筑超疏水所需的微米-納米復(fù)合的雙級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，這種超疏水涂層的水接觸角>160°，滾動(dòng)角〈5°，同時(shí)采用簡單的稀釋分散液的方法既可達(dá)到調(diào)整涂層透明度的效果，這種透明度可調(diào)節(jié)超疏水涂層的制備方法大大簡化了生產(chǎn)工業(yè)和生產(chǎn)成本，為方便、可靠的制備高性能透明度可調(diào)節(jié)的超疏水可控涂層提供了方法，有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中玻璃基底上超疏水涂層的水接觸角(9yL)。
[0026]圖2為水滴在噴涂超疏水涂層的各類基底上的示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明玻璃基底未稀釋、稀釋I倍和稀釋2倍的超疏水涂層與未做處理玻璃的透明效果對比圖及水滴接觸情況示意圖。
[0028]附圖2中，I)為玻璃基底;2)為不銹鋼網(wǎng)基底;3)為無紡布基底;4)為濾紙基底;5)為棉花基底。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的范圍不限于此。
[0030]實(shí)施例1
[0031]本實(shí)施例為一種通過不同平均粒徑無機(jī)納米顆粒復(fù)合制備超疏水涂層的方法，包含如下步驟:取0.5g平均粒徑為10nm的S12納米顆粒分散在50mL的無水乙醇中，超聲分散30min后取出，5000rpm磁力攪拌30min，得到平均粒徑為200nm的S12均勻分散液A;取1.5g平均粒徑為20nm的S12納米顆粒分散在50mL的無水乙醇中，超聲分散30min后取出，5000rpm磁力攪拌30min，得到粒徑為30nm的S12均勻分散液B;取0.5g平均粒徑為5nm的S12納米顆粒分散在50mL的無水乙醇中，超聲分散30min后