高强度超疏水自清洁涂层和高强度减反增透超疏水自清洁涂层以及它们的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高强度超疏水自清洁涂层及其制备方法，所述高强度超疏水自清洁涂层是在固体基底上将经过低表面能物质修饰的两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子、四乙氧基硅烷和盐酸通过喷涂的方法制备而成的；本发明专利技术还提供一种高强度减反增透超疏水自清洁涂层及其制备方法，所述高强度减反增透超疏水自清洁涂层是通过在玻璃基底或其他透明基底上先喷涂粒径为10‑100nm的二氧化硅球形纳米粒子，然后在其表面制所述的高强度的超疏水自清洁涂层而得到的；本发明专利技术制备的涂层具有良好的超疏水性能；同时有良好的机械性能，强度高；且制备方法简单，耗时短，对设备要求低，在常温下即可获得；所述涂层适用于不同基底、适合大规模生产等优点。

High strength super hydrophobic self-cleaning coatings and high strength Antireflective and anti reflective super hydrophobic self-cleaning coatings and their preparation methods

The invention discloses a high strength superhydrophobic self cleaning coating and a preparation method. The high strength superhydrophobic self cleaning coating is prepared by two different particle sizes of silica spherical nanoparticles, four ethoxylsilane and hydrochloric acid through a spray coating on a solid substrate through a low surface energy material. A high intensity Antireflective and antipermeable superhydrophobic self cleaning coating and its preparation method are also provided. The high intensity Antireflective and antihydrophobic self cleaning coating is by spraying silica spherical nanoparticles with a particle diameter of 10 100nm on the glass substrate or other transparent substrates, and then the high strength superhydrophobic surface is made on the surface of the glass. The coating has good superhydrophobic properties, good mechanical properties, high strength, simple preparation method, short time consumption, low requirement for equipment, and can be obtained at normal temperature; the coating is suitable for the advantages of different substrates and suitable mass production.

【技术实现步骤摘要】
高强度超疏水自清洁涂层和高强度减反增透超疏水自清洁涂层以及它们的制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，特别涉及高强度超疏水自清洁涂层和高强度减反增透超疏水自清洁涂层以及它们的制备方法和用途。
技术介绍
自清洁涂层在我们的日常生活中有重要的应用，使用自清洁涂层来替代传统的清洗方法可以节省巨大的清洗成本。而具有减反增透性能的自清洁涂层不仅扩大了自清洁涂层的应用，同时也具有重要的现实意义，例如，应用于太阳能光伏发电、温室大棚的塑料薄膜、光学透镜以及光伏建筑材料等领域，既可以提高透光率同时也能降低清洗成本。超疏水自清洁涂层的制备最初是受到莲花“出淤泥而不染”的启发，水在其表面的接触角大于150°，滚动角小于10°，当表面有灰尘或者污垢时，水可以滚落并带走灰尘，从而达到自清洁的效果。制备这种表面所需要的条件是具有合适的微纳结构、较高的粗糙度和较低的表面能。减反增透薄膜通常采用不同折射率的均一薄膜来实现，单层的增透膜只能使某一特定波长的光反射减少增加透射，若要实现宽光谱减反增透就需要叠加多层的不同介质的薄膜。然而，制备超疏水涂层所需要的高的粗糙度恰恰会导致光散射，从而减少光的透射。除此之外，在实际应用中，涂层经常会受到外力的磨损和破坏，进而失去涂层原有的性能，使涂层的使用寿命大大下降。同时，制备过程简单、对设备要求低以及尽可能在常温下制备涂层，都是减反增透超疏水自清洁涂层在实际应用中必不可少的条件。因此，利用简单的方法制备高强度的减反增透超疏水自清洁涂层仍然是一个挑战。YaoLu等人(LuY,SathasivamS,SongJ,etal.Robustself-cleaningsurfacesthatfunctionwhenexposedtoeitherairoroil[J].Science,2015,347(6226):1132-1135)通过提拉或喷涂商业的粘结剂【EVO-STIK(Bostik,UK)】以及二氧化硅、二氧化钛和十三氟辛基三乙氧基硅烷的混合溶胶液制备了高强度的超疏水涂层。但涂覆有该涂层的固体基底表面呈现白色，对于透明的基底影响了其使用效果，降低了基底透光率，更不具备减反增透性能。Ying-ChuChen等人(ChenYC,HuangZS,YangH.Cicada-Wing-InspiredSelf-CleaningAntireflectionCoatingsonPolymerSubstrates[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015,7(45):25495-25505)通过反应离子束刻蚀和化学气相沉积低表面能物质的方法制备了类似蝉翼结构的减反增透超疏水自清洁涂层，涂覆有该涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底在可见光波段内有较高的透光率和良好的超疏水性能。但是此研究中制备方法过于复杂，且需要用到特殊而昂贵的设备，因此不适用于大面积的应用。DengtengGe等人(GeD,YangL,ZhangY,etal.TransparentandSuperamphiphobicSurfacesfromOne-StepSprayCoatingofStringedSilicaNanoparticle/SolSolutions[J].Particle&ParticleSystemsCharacterization,2014,31(7):763-770)通过一步喷涂法制备了透明超疏水涂层，并应用到了不同的基底上。但在此研究中对涂层的强度仅仅进行了冲水和冲沙试验，且所用的水的体积和沙的重量都偏低，涂层的强度较弱，无法适应实际应用的需求。针对现有技术存在的问题，有必要发展制备方法简单、耗时短、对设备要求低、在常温下即可获得涂层、适用于不同基底、适合大规模生产的高强度超疏水自清洁涂层和高强度减反增透超疏水自清洁涂层的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种高强度超疏水自清洁涂层。本专利技术的第二个目的在于提供一种高强度减反增透超疏水自清洁涂层。本专利技术的第三个目的在于提供一种高强度超疏水自清洁涂层的制备方法。本专利技术的第四个目的在于提供一种高强度减反增透超疏水自清洁涂层的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高强度超疏水自清洁涂层，所述高强度超疏水自清洁涂层是在固体基底上将经过低表面能物质修饰的两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子、四乙氧基硅烷和盐酸通过喷涂的方法制备而成的。所述两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子的粒径分别为10-30nm和31-100nm。进一步，所述低表面能物质为三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷或十二氟庚基丙基三乙氧基硅烷。进一步，所述固体基底为玻璃基底、织物、聚合物基底、铝片、铁片、石材、木头、纱布、皮革、无纺布、绷带或滤纸等。进一步，所述四乙氧基硅烷的纯度为99％；所述盐酸的质量百分数为36-38％；一种高强度超疏水自清洁涂层的制备方法，包括如下步骤：1)将低表面能物质与乙醇混合搅拌，得第一混合液；2)将两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子与所述第一混合液混合搅拌，并调节反应体系的pH值为6-8，得第二混合液；3)将所述第二混合液、四乙氧基硅烷和盐酸进行混合超声10-30min，得喷涂液；4)将步骤3)所述的喷涂液喷涂在固体基底上，自然晾干得高强度超疏水自清洁涂层。进一步，步骤1)中，所述第一混合溶液中低表面能物质的体积百分数为1-20％；优选地，所述第一混合溶液中低表面能物质的体积百分数为1-15％，优选的体积百分数有利于制备性能较好的涂层，同时也可以降低成本，减少环境污染。进一步，步骤2)中，所述二氧化硅纳米粒子是以四乙氧基硅烷和氨水为原料，在20-100℃下采用Stober法制备得到的。进一步，所述粒径为10-30nm的二氧化硅球形纳米粒子和所述第一混合液的体积比为0.1-2:1；优选地，所述粒径为10-30nm的二氧化硅球形纳米粒子和所述第一混合液的体积比为0.2-1.5:1。进一步，所述粒径为31-100nm的二氧化硅球形纳米粒子和所述第一混合液的体积比为0.2-3:1；所述粒径为31-100nm的二氧化硅球形纳米粒子和所述第一混合液的体积比为0.3-2:1。进一步，步骤3)中，所述四乙氧基硅烷与第二混合液的体积比为0.01-0.08:1，优选地，所述四乙氧基硅烷与第二混合液的体积比为0.01-0.06:1；所述盐酸和第二混合液的体积比为0.001-0.01:1，优选地，所述盐酸和第二混合液的体积比为0.001-0.008:1。优选地，步骤3)中，所述超声时间为10-20min。表面涂覆有本专利技术超疏水自清洁涂层的玻璃基底、织物、聚合物基底、铝片、铁片、石材、木头、皮革、纱布、绷带、无纺布或滤纸等均具有良好的超疏水性能。其中，涂覆有本专利技术超疏水自清洁涂层的玻璃基底的透光率比空白玻璃有1％的提升，有一定的减反增透性能。所述高强度减反增透超疏水自清洁涂层是通过在玻璃基底或其他透明基底上先喷涂粒径为10-100nm的二氧化硅球形纳米粒子，然后在其表面制备上述的超疏水自清洁涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述高强度超疏水自清洁涂层是在固体基底上将经过低表面能物质修饰的两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子、四乙氧基硅烷和盐酸通过喷涂的方法制备而成的。

【技术特征摘要】
1.一种高强度超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述高强度超疏水自清洁涂层是在固体基底上将经过低表面能物质修饰的两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子、四乙氧基硅烷和盐酸通过喷涂的方法制备而成的。2.根据权利要求1所述的高强度超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子的粒径分别为10-30nm和31-100nm。3.根据权利要求1所述的高强度超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述低表面能物质为三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷或十二氟庚基丙基三乙氧基硅烷。4.根据权利要求1所述的高强度超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述固体基底为玻璃基底、织物、聚合物基底、铝片、铁片、瓷砖、石材、木头、纱布、皮革、绷带、无纺布或滤纸。5.一种高强度减反增透超疏水自清洁涂层，其特征在于，所述高强度减反增透超疏水自清洁涂层是通过在玻璃基底或其他透明基底上先喷涂粒径为10-100nm的二氧化硅球形纳米粒子，然后在其表面制备权利要求1-4任一所述的高强度的超疏水自清洁涂层而得到的。6.一种如权利要求1-4任一所述高强度超疏水自清洁涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将低表面能物质与乙醇混合搅拌，得第一混合液；2)将两种不同粒径的二氧化硅球形纳米粒子与所述第一混合液混合搅拌，并调节反应体系的pH值为6-8，得第二混合液；3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，任婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11