玻璃基耐磨超疏水涂层的制备与表征

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超疏水玻璃涂层具有自清洁、防冻、防污、防腐蚀等优点,在建筑玻璃、汽车玻璃、太阳能电池等行业有着广阔的应用前景。但是,由于超疏水玻璃涂层需要同时具备高透光率、耐磨和超疏水三种性能,而这三者之间又存在相互矛盾的关系,目前为止,仍未有超疏水玻璃涂层得到实际应用。因此,如何在玻璃表面构筑出透明耐磨的超疏水涂层,使其性能达到平衡是超疏水玻璃研究的关键。本文从涂层的成分设计和结构设计两方面出发,利用相分离法和溶胶-凝胶过程构筑具有较好透光性、耐磨性的超疏水涂层。主要研究结果如下:1.以环氧树脂和硅溶胶为原料,初步探究了环氧树脂的相分离过程与硅溶胶的溶胶-凝胶转变的竞争机制,采用相分离法在玻璃基底上构筑出具有强粘附力的SiO2多孔涂层,涂层具有较好的耐磨性。利用氟硅烷进行表面处理后,涂层的静态水接触角为130.8±1.4°,在30 kPa的压强下线性打磨1500个循环后,膜层的接触角仍然保持在130°以上。2.制备出具有“狼牙棒状”微纳多级结构的SiO2三维多孔超疏水涂层。利用改性SiO2纳米颗粒和硅溶胶,在溶胶-凝胶和相分离过程中,通过反应引导组装的方式构筑具有“狼牙棒状”微纳多级结构的SiO2骨架,并在玻璃基底上制得具有该结构的多孔涂层。利用氟硅烷表面处理后,该涂层初始水接触角为155±1.7°,滚动角小于6°,具有较好的自清洁能力。在30kPa的压力下进行线性打磨,打磨1500个循环后水接触角仍可保持在130°以上。涂层表面由于微米尺寸孔洞存在一定雾度,但仍有较好的可见光透过率。3.通过研究不同形貌对超疏水涂层耐磨性的影响,证实了具有“狼牙棒状”微纳多级结构的三维SiO2多孔涂层对玻璃表面超疏水涂层耐磨性的增强作用,通过硅溶胶与玻璃基底形成牢固的Si-O-Si键和“狼牙棒状”三维多级结构的协同作用,可以制得与基底具有良好结合力的耐磨涂层,显著提高超疏水涂层的耐磨性。该制备方法操作简单、灵活,可用于不同形状、不同尺寸基底表面超疏水涂层的制备,对超疏水玻璃涂层的实际应用有重要意义。
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