溶胶-凝胶法制备玻璃基透明超疏水涂层

【摘要】：超疏水涂层具有很多独特性能,将其应用于玻璃表面,制备玻璃基透明超疏水涂层,具有广泛的应用前景。然而,在现阶段的实际应用过程中,还存在一些问题,比如涂层与基底表面附着力不足、易脱落;涂层稳定性差、耐酸碱能力低;制备方法复杂、对设备及制备条件要求严格等。本论文的目的是制备与基底附着力良好、耐久性佳、制备工艺简单、可满足户外作业要求的玻璃基透明超疏水涂层,主要研究内容及结论如下:(1)通过溶胶—凝胶过程,以正硅酸乙酯为硅源,氨水为催化剂,通过调节反应物的量和反应条件等因素,分别制备出粒径范围在10-50nm和50-100nm的单分散SiO2溶胶粒子。实验结果表明:所制备的纳米SiO2溶胶粒径可控、大小均一、具有良好的分散性;氨水用量增加,SiO2溶胶粒径增大;正硅酸乙酯用量增加,粒径增大;温度升高,粒径减小;反应时间延长,粒径先增大后降低。(2)用硅烷偶联剂KH560和KH550分别改性粒径范围在10-50nm和50-100nm的SiO2溶胶粒子,使不同粒径尺寸的SiO2粒子表面分别带有环氧基和氨基,然后将改性后的两种粒子混合,发生基团反应,生成化学键,得到复合结构SiO2粒子,实现了荷叶表面微纳米复合粗糙结构的仿生构建。经实验表征:硅烷偶联剂KH550和KH560都充分接枝到纳米SiO2表面,大尺寸粒子表面附着小尺寸粒子,且复合粒子之间分散性良好,没有出现团聚现象。两种粒径SiO2溶胶粒子的最佳粒径组合尺寸为40nm+80nm,最佳混合体积比为1:1。(3)用浸渍提拉法将改性后的复合结构SiO2溶胶涂布到处理过的玻璃基材表面,然后再经氟硅烷(FAS)处理,得到透明超疏水涂层。结果表明:本实验制备的涂层最大接触角达到155°,最小滚动角为3°,涂层在可见光范围内的透过率都保持在90%以上。随着硅烷偶联剂用量的增加,涂层疏水效果增强,但透明性降低,最佳硅烷偶联剂浓度为2.0%。氟硅烷溶液处理样品时的最佳浸泡浓度为1.0%,最佳浸泡时间为1h,最佳浸泡温度为25℃,最佳涂膜次数为4次。涂层与基底附着力良好,具有良好的自清洁能力和稳定性,其耐酸性、耐超声性优良,耐碱性、耐磨性良好。