[发明专利]聚(乙烯醇)和二氧化硅纳米粒子多层涂层及方法

说明书

技术领域

本发明提供了具有聚(乙烯醇)和二氧化硅纳米粒子多层涂层的制品及其制备方法。

背景技术

灰尘在设计用于在户外环境中起作用的工程化表面上积聚可能引发问题，举例来说，例如在交通标志、太阳能电池板和窗玻璃上积聚。此外，此类表面很多情况下包括表面涂层或具有特定功能的施加聚合物膜。例如，交通标志通常采用回复式反射表面，该表面将光直接反射回源以增强驾驶者的可见度。太阳能电池板通常包括降低光反射以提高太阳能利用的涂层，以及可以施加到窗玻璃以阻止雾形成或反射特定光波长的光诸如红外光的膜。水在此类表面上的偶尔冷凝以及不可避免的灰尘积聚可各自损害特定涂层或甚至消除其功能。此外，灰尘积聚对许多表面的美观具有明显的有害影响。在许多情况下，频繁的清洁以恢复表面功能非常昂贵或不切实际。针对至少这些原因，限制户外表面上水的冷凝和灰尘的积聚的涂层或膜是高度所需的。另外，此类涂层是优选地耐用(例如，耐刮擦和耐磨蚀)以及抗寒耐热的(例如，抵抗来自湿气、UV光、温度波动以及它们的组合的劣化)，以便在可接受的时间段内在户外环境中有效地发挥功能。

酸烧结的纳米二氧化硅涂层已经通过酸化纳米级粒子的水性胶态悬浮液至pH小于5，例如2-3，进行了制备。此类二氧化硅纳米粒子涂层包括例如在共同拥有的美国专利申请公布2011/0033694(Jing等人)和2010/0035039(Jing等人)以及共同拥有的国际申请公布WO2012/064646(Riddle等人)、WO2011/139573(Pett等人)和WO2012/047422(Hebrink等人)中所描述的那些。在pH为2-3时，粒子具有极少或不具有净电荷，并可因此聚集和熔合。干燥时，需要在更低的温度下进行粒子烧结，而无需酸化。结果是形成了可施加到多种基底中的硬的、多孔的亲水性涂层。干燥灰尘和粉尘相对于常见玻璃或聚合物基底对纳米二氧化硅涂覆的表面表现出降低的粘合力。这减慢了灰尘在户外环境中的积聚，并且降低了清洁需求。

由于其亲水性，酸烧结的纳米二氧化硅涂层还可阻止形成雾气。当水从饱和蒸汽冷凝时形成雾，并且结成散射光的微米大小的小滴。高度亲水性表面可抵抗雾气的形成，因为在表面上的任何水冷凝形成透明的薄膜。这种防雾特性使得纳米二氧化硅涂层甚至对于户外应用更加理想，因为雾像污物一样在工程化表面造成许多有害效应。虽然已经示出酸烧结的纳米二氧化硅涂层对于湿气和UV光可接受地稳定，但它们对于一些应用不具有足够的耐磨性。

发明内容

本发明提供了具有多层聚(乙烯醇)和二氧化硅纳米粒子涂层的制品。更具体地，所述制品包括基底，以及附接到基底的多层涂层。多层涂层包含具有多个酸烧结的互连的二氧化硅纳米粒子的二氧化硅层，该多个酸烧结的互连的纳米粒子被布置为形成连续的三维多孔网络。多层涂层还包含第一聚(乙烯醇)(PVA)层，该PVA层设置在基底表面和二氧化硅层之间。PVA和二氧化硅纳米粒子多层涂层可用于多种基底，并且往往耐受润湿和干燥磨蚀、刮擦和冲击，同时表现出防污和防雾特性。

在第一方面，提供了一种制品，该制品包括(a)基底和(b)多层涂层。多层涂层包括(i)第一二氧化硅层，该第一二氧化硅层是多层涂层的最外层，以及(II)设置在基底表面和最外二氧化硅层之间的第一PVA层。第一二氧化硅层包含酸烧结的互连的二氧化硅纳米粒子，这些纳米粒子被布置为形成连续的三维多孔网络。

在第二方面，本发明提供了一种制备制品的方法。该方法包括(a)提供基底以及(b)将多层涂层附接到基底的表面。所述附接包括(i)形成与基底相邻的第一PVA层，以及(ii)形成包含酸烧结的互连的二氧化硅纳米粒子的第一二氧化硅层，该多个酸烧结的互连的二氧化硅纳米粒子被布置为形成连续的三维多孔网络。第一二氧化硅层是多层涂层的最外层。在许多实施例中，PVA为硅烷改性的PVA。

附图说明

图1A是未进行二氧化硅纳米粒子酸烧结而形成的比较例二氧化硅层的透射电子显微图。图1B是使用酸烧结的二氧化硅纳米粒子形成的示例性二氧化硅层的透射电子显微图。

图2是基底上两层多层涂层的示例性示意图。

图3是基底上三层多层涂层的示例性示意图。

图4是基底上四层多层涂层的示例性示意图。

虽然可不按比例绘制的以上附图示出了本公开的各个实施例，但还可以想到其他的实施例，如在具体实施方式中所指出的。

具体实施方式