在聚甲基丙烯酸甲酯基片上構(gòu)造超親水增透的防霧涂層的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上構(gòu)造超親水增透的防霧涂層的方法。本發(fā)明專利技術(shù)采取浸涂方法將粒徑大約為20～50nm的SiO2球型納米粒子和粒徑大約為30～60nm的介孔SiO2球型納米粒子與聚電解質(zhì)通過靜電組裝沉積到PMMA基片上，通過SiO2球型納米粒子或者介孔SiO2球型納米粒子表面帶的負(fù)電荷與PMMA基片上沉積的聚電解質(zhì)所帶的正電荷的靜電吸引進(jìn)行自組裝，每一步完成都用蒸餾水徹底洗滌，用惰性氣體吹干。水在涂有上述涂層的PMMA基片表面的接觸角為2～3度，涂有上述涂層的PMMA的透光率能從92.2％提高到99.3％，同時(shí)具有良好的防霧性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于納米材料制備
，特別涉及在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上構(gòu)造超親水增透的防霧涂層的方法。
技術(shù)介紹
自清潔玻璃就是指普通玻璃在經(jīng)過特殊處理之后，使表面具有超親水或者超疏水特性，從而達(dá)到不影響鏡面成像、能見度和玻璃的透光率的效果。自清潔玻璃按親水性分類可分為超親水自清潔玻璃(玻璃表面與水的接觸角小于5度)和超疏水自清潔玻璃(玻璃表面與水的接觸角為大于150度，滾動(dòng)角小于5度)， 按材質(zhì)分類可分為無機(jī)材料涂層自清潔玻璃和有機(jī)材料涂層自清潔玻璃。對于無機(jī)材料涂層的自清潔玻璃而言，若該無機(jī)材料涂層為超疏水性物質(zhì)，則類似荷葉效應(yīng)，其涂層表面對水的滾動(dòng)角小(滾動(dòng)角小于5度)，能使微小水滴聚集成大水珠。當(dāng)集成的水珠達(dá)到一定尺寸時(shí)，會(huì)借助自身重力下滑，或通過外力如風(fēng)吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆的超疏水性物質(zhì)的無機(jī)材料涂層的效果明顯，但是時(shí)效性差；這是由于小水滴的聚集或吹干、蒸發(fā)都需要一段時(shí)間，水滴會(huì)留在玻璃制品上，如棱鏡般地影響成像和能見度，而且目前涂覆超疏水性物質(zhì)的無機(jī)材料涂層的耐久性不理想，無法保證玻璃產(chǎn)品作為耐用消費(fèi)品的長期使用壽命，從而無法保證真正意義上的自清潔效果。若該無機(jī)材料涂層為超親水性物質(zhì)，則會(huì)使小水滴在玻璃表面上的接觸角趨近于零度，當(dāng)水接觸到玻璃表面時(shí)，迅速在其表面鋪展，形成均勻的水膜，表現(xiàn)出超親水的性質(zhì)，不會(huì)影響鏡面成像，同時(shí)水層薄對透光率的影響也大為減小，通過均勻水膜的重力下落帶走污潰。在玻璃表面涂覆的超親水性物質(zhì)的無機(jī)材料涂層，可以去除大部分污潰。國外在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始了玻璃自清潔研究，在基礎(chǔ)研究方面，目前，世界上發(fā)達(dá)國家均有知名公司在專門從事自清潔玻璃的研究開發(fā)和制作，如英國PiIkington公司、日本TOTO公司、美國PPG公司、德國GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在應(yīng)用開發(fā)方面，日本率先展開開發(fā)、推廣、應(yīng)用TiO2光催化自清潔玻璃，英國Pilkington公司、美國PPG公司等玻璃商也看好這一產(chǎn)品的開發(fā)、加工、生產(chǎn)及推廣應(yīng)用的大市場。英國Pilkington玻璃公司在開發(fā)應(yīng)用TiO2光催化自潔凈玻璃方面已走在歐、美玻璃商的前列，并在2002年底之前把該產(chǎn)品推廣到歐洲及其他國家(如美國)玻璃市場，進(jìn)行公開批量銷售，隨后在北美、大洋洲的澳大利亞、亞洲的日本等地區(qū)及國家推出(陳利賓，建筑玻璃與工業(yè)玻璃2004, No. 6,12 15);美國W. L. Tonar等人研制的透明復(fù)合自清潔防霧玻璃(ff. L. Tonaret al. Electrochromic Device Having A Self-cleaning Hydrophilic Coating. UnitedStates Patent Application Publication US2001/00210066A1,2001-09-13 ；K. Toru.Vehicle Mirror. United States Patent US5594585 1997-01-14 ；K.Toru.Ant1-fogElement. US5854708 :1998_12_29 ;K.Takahama et al. Method of Forming HydrophilicInorganic Coating Film And Inorganic Coating Composition. United States PatentApplication Publication US2001/008696A1，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化劑透明涂層，再在光催化劑透明涂層的表面形成具有親水性的透明多孔無機(jī)氧化物(SiO2和Al2O3)薄膜。然而這些技術(shù)都利用了 TiO2光催化特性促使表面達(dá)到超親水，適用條件會(huì)受到限制，因?yàn)樾枰泄庹盏沫h(huán)境才能進(jìn)行催化作用；而且這種孔狀結(jié)構(gòu)表面雖可以提高親水性，但很容易被難揮發(fā)的物質(zhì)或者納米塵埃堵住孔口，耐久性不理本巨ο國內(nèi)的研究雖然起步較晚，但也取得了顯著的進(jìn)展，有關(guān)專利和技術(shù)成果有上百項(xiàng)，為了達(dá)到自清潔效果，通常采用以下措施(1)在玻璃表面噴上一層表面活性劑，以除去沉積在其上的水滴和塵埃；(2)在玻璃表面涂覆一層有機(jī)吸水防霧涂層；(3)安裝加熱裝置，通過加熱蒸發(fā)玻璃表面水滴；(4)安裝超聲波分散和加熱裝置，對玻璃表面水滴同時(shí)進(jìn)行分散和加熱，達(dá)到快速蒸發(fā)的目的。然而這些方法都有各自的局限性方法(I)需定期反 復(fù)噴刷表面活性劑而顯得不便利；方法(2)由于使用有機(jī)物質(zhì)導(dǎo)致玻璃制品耐磨性和耐熱性不好；方法(3)中由于加熱蒸發(fā)水滴通常需7 10分鐘，時(shí)效性差，且需要外加能量，能量消耗大，因而不實(shí)用；方法(4)的裝置較復(fù)雜，元件多，成本高(劉付勝聰，李玉平全國性建材科技期刊-《玻璃》2002年第3期16 19)。中科納米技術(shù)工程中心有限公司(簡稱中科納米)的常溫固化納米自清潔玻璃技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，結(jié)合玻璃深加工工藝，完成了大板面自清潔玻璃的制作，已應(yīng)用于國家大劇院和汽車展示廳玻璃等建設(shè)項(xiàng)目中。中科納米自清潔玻璃的水在玻璃表面的接觸角為6. 5度，國外某著名公司的自清潔玻璃的接觸角為17度，可見，中科納米自清潔玻璃的親水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于國外某著名公司的產(chǎn)品(陳利賓，建筑玻璃與工業(yè)玻璃2004，No6，12 15)。不幸的是該技術(shù)要利用TiO2的光催化特性來提高基質(zhì)表面的親水性，必須在有紫外光照射的環(huán)境中才表現(xiàn)出良好的親水性能，在黑暗的環(huán)境中是很難達(dá)到這種效果，而且也沒有達(dá)到真正意義的超親水(接觸角小于5度)，因此限制了其適用范圍。總的來說，目前的這些技術(shù)的自清潔耐久性還不理想。因此研究開發(fā)便利的、耐磨性和耐久性好的且成本低的新型自清潔玻璃是十分必要和有意義的。雖然自清潔玻璃應(yīng)用廣泛，但是很多生產(chǎn)實(shí)際上需要用到柔性基底的材料，在柔性基底上構(gòu)建增透的涂層已經(jīng)有廣泛的報(bào)道，但是柔性基底的自清潔或者防霧性能研究較少，本專利技術(shù)主要是在柔性PMMA基片上構(gòu)建涂層，制備的涂層具有良好的增透和超親水性能，同時(shí)具有防霧性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供采用靜電自組裝的方法，將納米粒子和聚電解質(zhì)交替組裝，從而提供一種在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上構(gòu)造超親水增透的防霧涂層的方法。本專利技術(shù)采取浸涂方法將粒徑大約為20 50nm的SiO2球型納米粒子和粒徑大約為30 60nm的介孔SiO2球型納米粒子與聚電解質(zhì)通過靜電組裝沉積到PMMA基片上，通過SiO2球型納米粒子或者介孔SiO2球型納米粒子表面帶的負(fù)電荷與PMMA基片上沉積的聚電解質(zhì)所帶的正電荷的靜電吸引進(jìn)行自組裝，每一步完成都用蒸餾水徹底洗滌，用惰性氣體吹干。水在涂有上述涂層的PMMA基片表面的接觸角為2 3度，涂有上述涂層的PMMA基片的透光率能從92%提高到99%。本專利技術(shù)的超親水增透的防霧涂層可用正硅酸乙酯(TEOS)、氨水、無水乙醇為原料，制備出粒徑大約為20 50nm的SiO2球型納米粒子；另外可采用十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、水、二乙醇胺(DEA)、乙醇，正硅酸乙酯(TEOS)制備出粒徑大約為30 60nm的介孔SiO2球型納米粒子；然后采取浸涂的方法將粒徑大約為20 50nm的Si本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在聚甲基丙烯酸甲酯基片上構(gòu)造超親水增透的防霧涂層的方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟：(1)將清洗干凈的聚甲基丙烯酸甲酯基片浸入到濃度為1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在聚甲基丙烯酸甲酯基片表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；然后再浸入到濃度為1～3mg/mL的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中，取出，用蒸餾水洗滌，用惰性氣體吹干，在所述的聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層上又沉積一層聚苯乙烯磺酸鈉涂層；重復(fù)上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層和聚苯乙烯磺酸鈉涂層的工藝步驟，直至得到總共沉積有5～20層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與聚苯乙烯磺酸鈉涂層構(gòu)成的雙層；然后再重復(fù)上述沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，得到在聚甲基丙烯酸甲酯基片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層；(2)將步驟(1)制備得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的聚甲基丙烯酸甲酯基片浸入到含有粒徑為20～50nm的SiO2球型納米粒子的懸浮液中，取出用蒸餾水洗滌，惰性氣體吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層SiO2球型納米粒子層；然后再浸入到濃度為1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在所述的SiO2球型納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；重復(fù)上述沉積SiO2球型納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟，直至在步驟(1)得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的聚甲基丙烯酸甲酯基片上，得到總共沉積有3～10層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為20～50nm的SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在聚甲基丙烯酸甲酯基片上沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層；(3)將步驟(2)制備得到沉積的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的聚甲基丙烯酸甲酯基片浸入到含有粒徑為30～60nm的介孔SiO2球型納米粒子的懸浮液中，取出用蒸餾水洗滌，惰性氣體吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層表面沉積一層介孔SiO2球型納米粒子層；然后再浸入到濃度為1～3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，取出，在所述的介孔SiO2球型 納米粒子層表面沉積一層聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層，用蒸餾水洗滌以除去物理吸附的聚二烯丙基二甲基氯化銨，用惰性氣體吹干；重復(fù)上述沉積介孔SiO2球型納米粒子層和沉積聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的工藝步驟直至在步驟(2)得到的最后一層為聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層的聚甲基丙烯酸甲酯基片上，得到總共沉積有1～3層由聚二烯丙基二甲基氯化銨涂層與粒徑為30～60nm的介孔SiO2球型納米粒子層構(gòu)成的雙層，并得到在聚甲基丙烯酸甲酯基片上沉積的最后一層是粒徑為30～60nm的介孔SiO2球型納米粒子層，在聚甲基丙烯酸甲酯基片上構(gòu)造出超親水增透的防霧涂層。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賀軍輝，許利剛，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：