[发明专利]增透的超亲水自清洁SiO2防雾涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及由外表面的壳层为薄且无孔，内壳层带有介孔的双壳层的介孔SiO₂空心球构成的增透的超亲水自清洁SiO₂防雾涂层及其制备方法。

背景技术

自清洁玻璃(Self-cleaning glass)是指普通玻璃在经过特殊的物理或化学方法处理后，使其表面产生独特的物理化学特性，从而使玻璃无需通过传统的人工擦洗方法就可以达到清洁效果的玻璃。

玻璃的雾化是指湿气或蒸汽冷凝在玻璃制品表面形成微小水滴。而防雾玻璃(Anti-fogging glass)就是指普通玻璃在经过特殊处理之后，使表面具有超亲水特性，使由于雾化而形成的微小水滴迅速铺平，从而达到不影响镜面成像、能见度和玻璃的透光率的效果。

自清洁玻璃从制备方法上主要分为两大类：超亲水自清洁玻璃；超疏水自清洁玻璃。通常的制备方法是在玻璃制品表面涂覆一层无机材料涂层。

对于涂覆无机材料涂层的防雾玻璃而言，若该无机材料涂层为超疏水性物质，则类似荷叶效应，其对水的滚动角小，能使微小水滴聚集成大水珠。当集成的水珠达到一定尺寸时，会借助自身重力下滑，或通过外力如风吹、雨刷等方式被除去。在玻璃表面涂覆超疏水性物质的无机材料涂层所得到的超疏水自清洁玻璃的超疏水性效果明显，但是时效性差：由于小水滴的聚集或吹干、蒸发都需要一段时间，水滴会留在玻璃制品上，如棱镜般地影响成像和能见度，而且目前该方法所得超疏水自清洁玻璃的超疏水性的耐久性不理想，无法保证玻璃产品作为耐用消费品的长期使用而具有长期的自清洁寿命，从而无法保证真正意义上的自清洁效果。

若该无机材料涂层为超亲水性物质，则会使小水滴在玻璃表面上的接触角趋近于零度，当水接触到玻璃表面时，迅速在其表面铺展，形成均匀的水膜，表现出超亲水的性质，不会影响镜面成像，同时水层薄，对透光率的影响也大为减小，通过均匀水膜的重力下落带走污渍，在玻璃表面涂覆超亲水性的无机材料涂层可以去除大部分污渍。同时利用超亲水的原理，也可以防止小水滴的形成，达到防雾的效果。

国外在20世纪60年代就已经开始了玻璃自清洁和防雾研究，在基础研究方面，目前，世界上发达国家均有知名公司在专门从事自清洁玻璃的研究开发和制作，如英国Pilkington公司、日本TOTO公司、美国PPG公司、德国GEA公司、VTA公司、UIC公司等；在应用开发方面，日本率先展开开发、推广、应用TiO₂光催化自清洁玻璃，英国Pilkington公司、美国PPG公司等玻璃商也看好这一产品的开发、加工、生产及推广应用的大市场。英国Pilkington玻璃公司在开发应用TiO₂光催化自洁净玻璃方面已走在欧、美玻璃制造商的前列，并在2002年底之前把该产品推广到欧洲及其他国家(如美国)玻璃市场，进行公开批量销售，随后在北美、大洋洲的澳大利亚、亚洲的日本等地区及国家推出(陈利宾，建筑玻璃与工业玻璃2004，No.6，12～15)；美国W.L.Tonar等人研制的透明复合自清洁防雾玻璃(W.L.Tonar et al.Electrochromic Device Having ASelf-cleaning Hydrophilic Coating.United States Patent Application PublicationUS2001/00210066A 1，2001-09-13；K.Toru.Vehicle Mirror.United States PatentUS5594585：1997-01-14；K.Toru.Anti-fog Element.US5854708：1998-12-29；K.Takahama et al.Method of Forming Hydrophilic Inorganic Coating Film AndInorganic Coating Composition.United States Patent Application PublicationUS2001/008696A1，2001-07-13)，是在玻璃基材的表面形成具有催化作用的光催化剂透明涂层，再在光催化剂透明涂层的表面形成具有亲水性的透明多孔无机氧化物(SiO₂和Al₂O₃)薄膜。然而这些技术都利用了TiO₂光催化特性促使表面达到超亲水，适用条件会受到限制，因为需要有光照的环境才能进行催化作用；而且这种孔状结构表面虽可以提高亲水性，但很容易被难挥发的物质或者纳米尘埃堵住孔口，耐久性不理想。