一種高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002]生活在一個五彩斑斕的世界中，色彩對于人們的生活有特殊的意義，在建筑裝潢中需要用彩色玻璃、墻體等來裝飾，商品美化更需要色彩點綴，于是彩色涂層有了特殊存在的意義。當然，除了視覺效果之外，選擇性光吸收的特性也使彩色涂層材料在太陽能電池、染料電池等領域有重要應用。
[0003]在彩色玻璃方面，傳統(tǒng)的彩色玻璃是通過在玻璃熔融態(tài)添加過渡金屬離子(鐵，鉻等)的方式來達到著色效果。但此種方法得到的彩色玻璃色彩變化少，透光性差，且在回收利用時需要根據(jù)顏色詳細分類，給再加工重復利用帶來了不便，同時鉻等金屬離子易造成環(huán)境污染等問題。此外，玻璃具有較好的親水特性，不易清潔。所以，制備具有高透光性的自清潔彩色膜層具有重要意義。
[0004]酸性催化溶膠-凝膠方法制備的二氧化硅膜具有機械強度高，耐刮擦，耐候性好等特點，在作為玻璃減反射薄膜，陶瓷減反射薄膜等方面有良好應用前景。將溶膠-凝膠法與彩色染料相結合，再結合后期疏水處理，可制備出具有高透光性的自清潔彩色二氧化硅涂層。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法。
[0006]本發(fā)明提出的高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法，具體步驟如下:
(1)將5ml正硅酸乙酯與50ml無水乙醇混合均勻后，加入0.9ml去離子水，持續(xù)攪拌，使其混合均勻；
(2)20min后加入0.1-0.5ml濃鹽酸，攪拌60min,得到澄清氧化硅溶膠；
(3)在步驟(2)得到的澄清氧化硅溶膠中加入染料，繼續(xù)攪拌60min，得到彩色溶膠；根據(jù)涂層用途及染料溶解度，控制每55ml的澄清氧化硅溶膠中染料加入量為0.05-0.5g ；
(4)采用提拉鍍膜或旋涂方法將步驟(3)得到的溶膠鍍制于基底上，在空氣中放置20min后得到彩色二氧化硅涂層。
[0007]本發(fā)明中，對所得二氧化硅涂層的疏水及自清潔功能處理，具體步驟如下:
(1)疏水處理:彩色二氧化硅涂層上鍍制超疏水二氧化硅涂層，所得涂層疏水角大于160。；
(2)自清潔功能處理:將彩色二氧化硅涂層置于盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中，常溫常壓下封口靜置12-48h，得到疏水角120°的非粘性彩色二氧化硅涂層。
[0008]本發(fā)明中，所得彩色二氧化硅自清潔膜層在非特征吸收波段具有高透過率特性。
[0009]本發(fā)明中，所述染料采用亞甲基藍、品紅、孔雀石綠、結晶紫、甲基橙或金胺黃中任一種。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
I)采用鹽酸作為催化劑制備氧化硅溶膠，所制備的涂層機械強度高，耐刮擦，耐久性好。
[0011]2)將染料與溶膠在液態(tài)下混合，涂層均勻性好。
[0012]3)在彩色涂層外面加鍍疏水二氧化硅涂層，厚度約為lOOnm，對原彩色涂層的透光率無不利影響，且提高涂層疏水性能。
[0013]4)采用六甲基二硅氮烷(HMDS)對彩色涂層進行氣氛處理，保持原始涂層強度、透光率等特性的同時有疏水功能，制備過程簡單易行，且成本低廉，自清潔效果顯著。
[0014]5)涂層在非染料特征吸收波段具有高透光性。
[0015]6)染料可選擇生物染料，無毒無害。在應用于玻璃、陶瓷等基底時，染料可通過高溫氧化等方式除去，從而基底材料可重復利用。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1溶膠照片。其中:(a)為結晶紫，(b)為亞甲基藍，(C)為橙黃，(d)為孔雀石綠。
[0017]圖2為實施例1彩色膜照片。
[0018]圖3為實施例1樣品透過率光譜圖。
[0019]圖4為實施例2樣品照片。其中，a為鍍制超疏水膜層前，b、c、d為鍍制超疏水膜層之后。
[0020]圖5為實施例3樣品照片。
[0021]圖6為實施例3中進行自清潔測試過程中樣品照片。
【具體實施方式】
[0022]以下通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，但這些實施例不得用于解釋對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0023]實施例1:將5ml正娃酸乙醋與50ml無水乙醇混合，攪拌1mindRA 0.9ml去離子水。20min后加入0.5ml濃鹽酸，攪拌60min，得到透明澄清的氧化硅溶膠。以此方法配制18份。分別將稱取品紅，橙黃，金胺黃，孔雀石綠，亞甲基藍，結晶紫0.02g，0.1g和0.3g,加入溶膠中攪拌60min，得到彩色溶膠。圖1為加入0.02g染料的部分溶膠照片。
[0024]采用提拉鍍膜的方式，將溶膠鍍于玻璃基底上，形成彩色薄膜。圖2為不同染料含量的薄膜樣品照片。其中，a為0.02g, b為0.lg，c為0.3g。隨著染料含量增加，膜層顯色性提尚°
[0025]對添加0.3g染料的樣品進行透過率光譜表征，圖3展示了含紅(品紅)、綠(孔雀石綠)、藍(亞甲基藍)三種典型顏色染料的溶膠鍍制的玻璃樣品透過率光譜圖。從光譜中可看出，在染料的特征吸收波段，由于染料對光的吸收作用，透過率大大降低(低至20%)，而在非特征吸收波段，保持了大于90%的透過率，與玻璃基底接近。
[0026]實施例2:在實施例1中所制備的鍍膜玻璃外面鍍制一層約10nm的超疏水氧化硅膜，獲得超疏水彩色膜。圖4為鍍制超疏水膜層前后的樣品照片。膜層具有超疏水性，疏水角度大于160°。
[0027]實施例3:將實施例1中所制備的樣品放入盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中密閉靜置，進行氣氛處理，樣品與HMDS液體不接觸。12小時后取出，圖5為所制備得到的樣品照片。此種氣氛處理的方法得到的樣品疏水角約為110°，未達到超疏水效果，然而具有較好的滑移特性，水滴在其上面易滾落，不停留。
[0028]為了進一步檢測其自清潔效果，用納米二氧化硅粉末QS-15模擬空氣中的粉塵等顆粒物，噴撒到樣品表面，30min后將水滴滴到樣品表面。與未處理的玻璃基底進行比較發(fā)現(xiàn)，在未處理的玻璃基底上面滴加水滴時，水滴浸潤粉末，與粉末一起平鋪在玻璃表面，對玻璃造成了污染。而在處理后的彩色膜樣品上滴加水滴時，氧化硅粉末粘附在水滴表面隨水滴滾落，多次滴加水滴之后，彩色膜表面被沖洗干凈如初。
【主權項】
1.一種高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下: (1)將5ml正硅酸乙酯與50ml無水乙醇混合均勻后，加入0.9ml去離子水，持續(xù)攪拌，使其混合均勻； (2)20min后加入0.1-0.5ml濃鹽酸，攪拌60min,得到澄清氧化硅溶膠； (3)在步驟(2)得到的澄清氧化硅溶膠中加入染料，繼續(xù)攪拌60min，得到彩色溶膠；根據(jù)涂層用途及染料溶解度，控制每55ml澄清氧化硅溶膠中染料加入量為0.05-0.5g ； (4)采用提拉鍍膜或旋涂方法將步驟(3)得到的溶膠鍍制于基底上，在空氣中放置20min后得到彩色二氧化硅涂層。2.根據(jù)權利要求1所述的自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于對所得二氧化硅涂層的疏水及自清潔功能處理，具體步驟如下: (1)疏水處理:彩色二氧化硅涂層上鍍制超疏水二氧化硅涂層，所得涂層疏水角大于160。； (2)自清潔功能處理:將彩色二氧化硅涂層置于盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中，常溫常壓下封口靜置12-48h，得到疏水角120°的非粘性彩色二氧化硅涂層。3.根據(jù)權利要求1所述的自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于所得彩色二氧化硅自清潔膜層在非特征吸收波段具有高透過率特性。4.根據(jù)權利要求1所述的自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于所述染料采用亞甲基藍、品紅、孔雀石綠、結晶紫、甲基橙或金胺黃中任一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高透光自清潔彩色二氧化硅涂層的制備方法。具體步驟為：將正硅酸乙酯，水與乙醇混合，攪拌均勻后加入鹽酸催化，然后加入亞甲基藍、品紅、孔雀石綠、結晶紫、甲基橙、金胺黃等染色劑，得到彩色溶膠。將溶膠采用提拉或旋涂等方法鍍于玻璃上，溶劑揮發(fā)后形成彩色二氧化硅涂層。而后對得到的樣品采用兩種方法進行處理：方法一:在所得彩色二氧化硅涂層上繼續(xù)涂覆一層二氧化硅超疏水涂層，達到超疏水效果；方法二：將所得樣品置于密閉容器中，用六甲基二硅氮烷（HMDS）對其進行氣氛處理，得到滑移角較小的彩色膜。 經(jīng)過以上兩種方法得到的樣品都具有較好的自清潔功能，在非染料特征吸收波段，鍍制有此彩色膜層玻璃具有90%以上的高透射率。
【IPC分類】C03C17/42, C04B41/89, C03C17/28, C04B41/85
【公開號】CN104944796
【申請?zhí)枴緾N201510369361
【發(fā)明人】沈軍, 鄒麗萍, 李曉光, 祖國慶, 鄒文兵, 吳宇
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月30日