一种高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002]生活在一个五彩斑斓的世界中，色彩对于人们的生活有特殊的意义，在建筑装潢中需要用彩色玻璃、墙体等来装饰，商品美化更需要色彩点缀，于是彩色涂层有了特殊存在的意义。当然，除了视觉效果之外，选择性光吸收的特性也使彩色涂层材料在太阳能电池、染料电池等领域有重要应用。
[0003]在彩色玻璃方面，传统的彩色玻璃是通过在玻璃熔融态添加过渡金属离子(铁，铬等)的方式来达到着色效果。但此种方法得到的彩色玻璃色彩变化少，透光性差，且在回收利用时需要根据颜色详细分类，给再加工重复利用带来了不便，同时铬等金属离子易造成环境污染等问题。此外，玻璃具有较好的亲水特性，不易清洁。所以，制备具有高透光性的自清洁彩色膜层具有重要意义。
[0004]酸性催化溶胶-凝胶方法制备的二氧化硅膜具有机械强度高，耐刮擦，耐候性好等特点，在作为玻璃减反射薄膜，陶瓷减反射薄膜等方面有良好应用前景。将溶胶-凝胶法与彩色染料相结合，再结合后期疏水处理，可制备出具有高透光性的自清洁彩色二氧化硅涂层。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法。
[0006]本发明提出的高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法，具体步骤如下:
(1)将5ml正硅酸乙酯与50ml无水乙醇混合均匀后，加入0.9ml去离子水，持续搅拌，使其混合均匀；
(2)20min后加入0.1-0.5ml浓盐酸，搅拌60min,得到澄清氧化硅溶胶；
(3)在步骤(2)得到的澄清氧化硅溶胶中加入染料，继续搅拌60min，得到彩色溶胶；根据涂层用途及染料溶解度，控制每55ml的澄清氧化硅溶胶中染料加入量为0.05-0.5g ；
(4)采用提拉镀膜或旋涂方法将步骤(3)得到的溶胶镀制于基底上，在空气中放置20min后得到彩色二氧化硅涂层。
[0007]本发明中，对所得二氧化硅涂层的疏水及自清洁功能处理，具体步骤如下:
(1)疏水处理:彩色二氧化硅涂层上镀制超疏水二氧化硅涂层，所得涂层疏水角大于160。；
(2)自清洁功能处理:将彩色二氧化硅涂层置于盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中，常温常压下封口静置12-48h，得到疏水角120°的非粘性彩色二氧化硅涂层。
[0008]本发明中，所得彩色二氧化硅自清洁膜层在非特征吸收波段具有高透过率特性。
[0009]本发明中，所述染料采用亚甲基蓝、品红、孔雀石绿、结晶紫、甲基橙或金胺黄中任一种。
[0010]本发明的有益效果在于:
I)采用盐酸作为催化剂制备氧化硅溶胶，所制备的涂层机械强度高，耐刮擦，耐久性好。
[0011]2)将染料与溶胶在液态下混合，涂层均匀性好。
[0012]3)在彩色涂层外面加镀疏水二氧化硅涂层，厚度约为lOOnm，对原彩色涂层的透光率无不利影响，且提高涂层疏水性能。
[0013]4)采用六甲基二硅氮烷(HMDS)对彩色涂层进行气氛处理，保持原始涂层强度、透光率等特性的同时有疏水功能，制备过程简单易行，且成本低廉，自清洁效果显著。
[0014]5)涂层在非染料特征吸收波段具有高透光性。
[0015]6)染料可选择生物染料，无毒无害。在应用于玻璃、陶瓷等基底时，染料可通过高温氧化等方式除去，从而基底材料可重复利用。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1溶胶照片。其中:(a)为结晶紫，(b)为亚甲基蓝，(C)为橙黄，(d)为孔雀石绿。
[0017]图2为实施例1彩色膜照片。
[0018]图3为实施例1样品透过率光谱图。
[0019]图4为实施例2样品照片。其中，a为镀制超疏水膜层前，b、c、d为镀制超疏水膜层之后。
[0020]图5为实施例3样品照片。
[0021]图6为实施例3中进行自清洁测试过程中样品照片。
【具体实施方式】
[0022]以下通过实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。
[0023]实施例1:将5ml正娃酸乙醋与50ml无水乙醇混合，搅拌1mindRA 0.9ml去离子水。20min后加入0.5ml浓盐酸，搅拌60min，得到透明澄清的氧化硅溶胶。以此方法配制18份。分别将称取品红，橙黄，金胺黄，孔雀石绿，亚甲基蓝，结晶紫0.02g，0.1g和0.3g,加入溶胶中搅拌60min，得到彩色溶胶。图1为加入0.02g染料的部分溶胶照片。
[0024]采用提拉镀膜的方式，将溶胶镀于玻璃基底上，形成彩色薄膜。图2为不同染料含量的薄膜样品照片。其中，a为0.02g, b为0.lg，c为0.3g。随着染料含量增加，膜层显色性提尚°
[0025]对添加0.3g染料的样品进行透过率光谱表征，图3展示了含红(品红)、绿(孔雀石绿)、蓝(亚甲基蓝)三种典型颜色染料的溶胶镀制的玻璃样品透过率光谱图。从光谱中可看出，在染料的特征吸收波段，由于染料对光的吸收作用，透过率大大降低(低至20%)，而在非特征吸收波段，保持了大于90%的透过率，与玻璃基底接近。
[0026]实施例2:在实施例1中所制备的镀膜玻璃外面镀制一层约10nm的超疏水氧化硅膜，获得超疏水彩色膜。图4为镀制超疏水膜层前后的样品照片。膜层具有超疏水性，疏水角度大于160°。
[0027]实施例3:将实施例1中所制备的样品放入盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中密闭静置，进行气氛处理，样品与HMDS液体不接触。12小时后取出，图5为所制备得到的样品照片。此种气氛处理的方法得到的样品疏水角约为110°，未达到超疏水效果，然而具有较好的滑移特性，水滴在其上面易滚落，不停留。
[0028]为了进一步检测其自清洁效果，用纳米二氧化硅粉末QS-15模拟空气中的粉尘等颗粒物，喷撒到样品表面，30min后将水滴滴到样品表面。与未处理的玻璃基底进行比较发现，在未处理的玻璃基底上面滴加水滴时，水滴浸润粉末，与粉末一起平铺在玻璃表面，对玻璃造成了污染。而在处理后的彩色膜样品上滴加水滴时，氧化硅粉末粘附在水滴表面随水滴滚落，多次滴加水滴之后，彩色膜表面被冲洗干净如初。
【主权项】
1.一种高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下: (1)将5ml正硅酸乙酯与50ml无水乙醇混合均匀后，加入0.9ml去离子水，持续搅拌，使其混合均匀； (2)20min后加入0.1-0.5ml浓盐酸，搅拌60min,得到澄清氧化硅溶胶； (3)在步骤(2)得到的澄清氧化硅溶胶中加入染料，继续搅拌60min，得到彩色溶胶；根据涂层用途及染料溶解度，控制每55ml澄清氧化硅溶胶中染料加入量为0.05-0.5g ； (4)采用提拉镀膜或旋涂方法将步骤(3)得到的溶胶镀制于基底上，在空气中放置20min后得到彩色二氧化硅涂层。2.根据权利要求1所述的自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于对所得二氧化硅涂层的疏水及自清洁功能处理，具体步骤如下: (1)疏水处理:彩色二氧化硅涂层上镀制超疏水二氧化硅涂层，所得涂层疏水角大于160。； (2)自清洁功能处理:将彩色二氧化硅涂层置于盛有六甲基二硅氮烷(HMDS)的容器中，常温常压下封口静置12-48h，得到疏水角120°的非粘性彩色二氧化硅涂层。3.根据权利要求1所述的自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于所得彩色二氧化硅自清洁膜层在非特征吸收波段具有高透过率特性。4.根据权利要求1所述的自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法，其特征在于所述染料采用亚甲基蓝、品红、孔雀石绿、结晶紫、甲基橙或金胺黄中任一种。
【专利摘要】本发明涉及一种高透光自清洁彩色二氧化硅涂层的制备方法。具体步骤为：将正硅酸乙酯，水与乙醇混合，搅拌均匀后加入盐酸催化，然后加入亚甲基蓝、品红、孔雀石绿、结晶紫、甲基橙、金胺黄等染色剂，得到彩色溶胶。将溶胶采用提拉或旋涂等方法镀于玻璃上，溶剂挥发后形成彩色二氧化硅涂层。而后对得到的样品采用两种方法进行处理：方法一:在所得彩色二氧化硅涂层上继续涂覆一层二氧化硅超疏水涂层，达到超疏水效果；方法二：将所得样品置于密闭容器中，用六甲基二硅氮烷（HMDS）对其进行气氛处理，得到滑移角较小的彩色膜。 经过以上两种方法得到的样品都具有较好的自清洁功能，在非染料特征吸收波段，镀制有此彩色膜层玻璃具有90%以上的高透射率。
【IPC分类】C03C17/42, C04B41/89, C03C17/28, C04B41/85
【公开号】CN104944796
【申请号】CN201510369361
【发明人】沈军, 邹丽萍, 李晓光, 祖国庆, 邹文兵, 吴宇
【申请人】同济大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月30日