一種超聲霧化噴塗薄膜製備方法
2023-11-12 01:53:02 2
一種超聲霧化噴塗薄膜製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種超聲霧化噴塗薄膜製備方法。其主要運用簡單的超聲霧化裝置將噴塗液霧化成超細微液滴，藉助外加輔助氣流將其更均勻地附著在基材表面，以形成厚度均勻可控，外觀質量高的塗層，從而解決現有噴塗技術中存在的塗層表面均勻性不好、塗覆效果差、噴塗量不可控以及生產率較低等問題，達到精確噴塗的目的。與現有技術相比，本發明具有噴塗效率高、塗膜質量高、產品重複性好、溶液利用率高以及噴塗面積和塗層厚度可精確控制等優點。
【專利說明】一種超聲霧化噴塗薄膜製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及噴塗【技術領域】，是關於納米薄膜的噴塗加工技術，具體涉及一種新型的超聲霧化噴塗薄膜製備方法。
【背景技術】
[0002]超聲霧化噴塗是一種薄膜製備方法，用於在基材的表面噴塗薄膜，其工藝流程大致包括超聲霧化、噴塗、後處理三個步驟。超聲霧化是利用超聲波的空化作用，使溶液中的微小空化核(氣泡)在超聲能量作用下震蕩、生長擴大並向溶液表面遷移，到達溶液表面後破裂，形成微小的液滴(霧)。由於超聲霧化的液滴尺寸細小，分布均勻，霧化效果好，便於控制，可以避免生產中很多不必要的浪費。在現有的噴塗工藝中，主要是利用壓縮空氣經噴槍將噴塗液擠壓噴射到基材表面。但這種工藝存在著不可避免的缺陷，諸如噴塗均勻度不夠、塗層厚度不可控、塗膜質量差、溶液反彈嚴重、浪費較大等問題。
[0003]CN102019264A公開了一種超微霧化噴塗方法，利用超聲波或者二流體噴嘴，兩個或兩個以上噴嘴同態沿X-Y軸做二維掃描運動，將霧化後化學液塗覆於整個晶圓，旋轉晶圓，進行第二次噴塗，再重複旋轉噴塗，直到達到目標厚度。
[0004]CN103143472A公開了一種助焊劑的超聲霧化噴頭，由五部分組成，第一部分中儲霧室與導霧通道由側壁隔開，儲霧室一側壁上開有出霧口，儲霧室的另一側壁上開有上導霧通道開口 ；第二部分設在第一部分的下方，包括間隔空腔，間隔空腔上開有下導霧通道開口，側壁上安裝助焊劑注入口，助焊劑由此處注入；第三部分設在第二部分下方；第四部分設在第三部分下方，超聲轉換器設在本部分底部，另一端有一底部進風裝置；第五部分為噴頭裝置，外部氣源由噴頭進氣口進入後再由噴頭噴出，通過產生的負壓可以將儲霧室中存儲的霧化助焊劑同時由噴頭噴出。
[0005]儘管目前已經有不少超聲霧化噴塗工藝和用於超聲霧化噴塗的設備出現，但這些工藝或設備存在著應用範圍或應用對象的局限。一些超聲霧化噴塗設備無法做到在噴嘴處出霧量的均勻控制，噴塗而成的塗膜厚度不可精確控制，一些超聲霧化噴塗工藝只適用於一些較小基體表面的噴塗制膜，而本發明可用於較大基體噴塗，如玻璃幕牆，也可用於較小乃至極小基體的表面塗層，並且同時可做到精確控制塗層厚度的大小和噴塗的幅度(具體通過調整雙層噴頭的參數來實現)，同時可保證其外觀質量。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於解決現有技術之不足，提供一種超聲霧化噴塗制膜方法，能夠更好地應用到工業生產、農業生產、科研實驗中需要進行精細加工的領域，能夠最大限度地將噴塗液精確地噴塗到待施工的基材表面。
[0007]為達此目的，本發明採用以下技術方案:
[0008]一種超聲霧化噴塗制膜方法，所述方法通過超聲波霧化發生器將噴塗液超聲霧化成超細微液滴，藉助於超聲霧化噴頭系統，在外加輔助氣流的引導下，向基材表面噴塗制膜；
[0009]所述超聲霧化噴頭系統包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導入管、作為內管的霧化液汽導入管及末端的霧化噴頭；所述的霧化噴頭為連接輔助氣流導入管和霧化液汽導入管的雙層噴霧口。
[0010]本發明所述的超聲霧化噴塗制膜方法採用自主設計的超聲霧化噴頭系統，利用超聲波將一般應用於空氣噴槍的噴塗液擊碎分裂成超細微液滴，然後由外加輔助氣流攜帶噴灑在基材表面，形成更加均勻的薄膜。所述外加輔助氣流起到噴幅成型的作用。
[0011]本發明可通過控制超聲波的頻率和功率來控制液滴的顆粒粒徑和霧化量，通過控制內管中霧化液汽的流量來控制噴霧的流量，通過控制外加的輔助氣流能夠使霧化液汽在超聲霧化噴頭中均勻流動。本發明通過雙層噴頭結構使霧化液汽在霧化噴頭處呈現均勻的霧流而噴灑在基材表面，形成一層厚度均勻可控、外觀質量高的塗層。
[0012]本發明所述超聲波霧化發生器的超聲波頻率大於或等於1.7MHz，例如可選擇
1.71MHz, 1.78MHz, 1.83MHz, 1.9ΜΗζ，2.1ΜΗζ，2.4ΜΗζ 等，優選為 1.7 ?2.ΟΜΗζ，進一步優選為 2.0MHz ο
[0013]所述超細微液滴的顆粒粒徑小於30um,例如可選擇29 μ m, 24.3 μ m, 14 μ m,等,優選為5.5um?30um。可以通過控制超聲波頻率來調節液滴的顆粒粒徑大小。
[0014]本發明所述輔助氣流為空氣流、氧氣流或氮氣流。本發明可以通過控制外加的輔助氣流的流量能夠使霧化液汽在超聲霧化噴頭中均勻流動。
[0015]優選地，一定流量的輔助氣流能夠使得噴嘴出口處的液霧具有一定的噴射速度，通過控制流量來控制噴射速度，通過控制噴頭在基體上運動的時間和輔助氣流的流量來控制塗層的厚度。另外輔助氣流的流量的大小也會影響到噴幅的大小，因此本發明使用這種形式來實現精確控制。所述雙層噴霧口的外層為鴨嘴狀，末端呈橢圓形；其內層為鱷魚嘴狀，兩側開口。
[0016]所述噴塗液為可超聲霧化的液體材料，優選為以水為基礎溶劑的溶液或溶膠，進一步優選為水溶性溶液、溶膠、農藥或助劑。所述助劑，如水性助劑、分散劑、潤滑劑等。所述「可」表示「能夠」。
[0017]通過本發明所述方法製得的膜的厚度為10?500nm。
[0018]本發明所述基材為各類需要進行表面塗膜處理的材料，例如玻璃基材、金屬基材、
塑料基材等。
[0019]一種超聲霧化噴塗制膜方法，所述方法包括以下步驟:
[0020]I)將待霧化的噴塗液置於超聲霧化室中，噴塗液浸沒超聲波霧化發生器；
[0021]2)噴塗液在超聲霧化室中經超聲波擊碎分裂成超細微液滴，超細微液滴由超聲霧化室內風機帶動，進入霧化液汽導入管；
[0022]3)在輔助氣流導入管中注入外加輔助氣流，由輔助氣流引導超聲霧化室和霧化液汽導入管內的超細微液滴到達霧化噴頭，噴射直達基材表面，迅速成膜。
[0023]與已有技術方案相比，本發明具有以下有益效果:
[0024]本發明所涉及的超聲霧化噴塗方法具有使用範圍廣、設備結構簡單、工藝重複性好、操作安全可靠、過程無需真空設備支持、無尾氣汙染、噴塗液利用率高等優點，既可實現連續的大面積快速沉積塗層，又可實現小面積甚至極小面積的基材表面的精細塗覆，也可實現小面積精確塗膜，因此具有廣泛的應用前景和市場。
[0025]通過本發明方法得到的膜塗層厚度均勻可控，塗覆效果好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明所述超聲霧化噴頭系統的一種雙層噴頭的主視圖；
[0027]圖2是本發明所述超聲霧化噴頭系統的一種雙層噴頭的左視圖；
[0028]圖3是本發明所述超聲霧化噴頭系統的一種雙層噴頭的仰視圖；
[0029]圖4是一種噴頭排列組合形式；
[0030]圖5是本發明所得廣品不意圖；
[0031]圖6是具體實施I中製得的塗層的掃描電鏡圖:(a)為塗層放大50萬倍；(b)為塗層放大10萬倍，其右上角為塗層橫截面電鏡圖，可顯示塗層厚度。
[0032]圖中:1-輔助氣流導入管；2_霧化液汽導入管；3_霧化噴頭；4-膜；5_基材。
[0033]下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本發明的簡易例子，並不代表或限制本發明的權利保護範圍，本發明的保護範圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖並通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0035]為更好地說明本發明，便於理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下:
[0036]一種超聲霧化噴塗制膜方法，所述方法通過超聲波霧化發生器將噴塗液超聲霧化成超細微液滴，藉助於超聲霧化噴頭系統，在外加輔助氣流的引導下，向基材表面噴塗制膜。
[0037]如圖1-3所示，所述超聲霧化噴頭系統包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導入管1、作為內管的霧化液汽導入管2及末端的霧化噴頭3 ;所述的霧化噴頭3為連接輔助氣流導入管I和霧化液汽導入管2的雙層噴霧口。
[0038]所述超聲波霧化發生器的超聲波頻率大於或等於1.7MHz，優選為1.7?2.0MHz0所述超細微液滴的顆粒粒徑小於30um。
[0039]所述一種雙層噴霧口的外層為鴨嘴狀，末端呈橢圓形；其內層為鱷魚嘴狀，兩側開□。
[0040]所述噴塗液為水基溶液，優選為水溶性溶液、溶膠、農藥或助劑。
[0041]所述膜的厚度為10?500nm。
[0042]所述基材為各類需要進行表面塗膜處理的材料。
[0043]一種超聲霧化噴塗制膜方法，所述方法包括以下步驟:
[0044](I)將待霧化的噴塗液置於超聲霧化室中，噴塗液浸沒超聲波霧化發生器；
[0045](2)噴塗液在超聲霧化室中經超聲波擊碎分裂成超細微液滴，超細微液滴由超聲霧化室內風機帶動，進入霧化液汽導入管2 ；
[0046](3)在輔助氣流導入管I中注入外加輔助氣流，由輔助氣流引導超聲霧化室和霧化液汽導入管2內的超細微液滴到達霧化噴頭3，噴射直達基材表面，迅速成膜。
[0047]具體實施例1[0048]組裝超聲噴塗設備，將一種用於玻璃表面的納米二氧化鈦自清潔溶膠置於超聲霧化室中，溶膠浸沒超聲波霧化發生器，並保持一定的液面高度。準備玻璃基材，調節超聲波霧化發生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發生器開始工作，瞬間將溶膠霧化成顆粒粒徑為IOnm?30nm的極細液霧，並經出霧導管到達雙層噴頭，在空氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流，保持玻璃基材在噴霧口正下方5?8cm的位置，並以1.5cm/s的速度平整向前運動，玻璃基材在運動的過程中在其表面沉積了一層厚度均勻、外觀透亮的納米自清潔塗層(見圖6)。實際加工時，只需要根據玻璃基材的實際需塗膜的面積大小，組裝相應的噴頭組，一個噴嘴的面積能夠噴塗出相同面積的塗層。通過控制輔助氣流的流量結合噴嘴的形狀、大小來控制噴幅(即噴塗面積)。
[0049]具體實施例2
[0050]對於極小工件，其表面需噴塗一層塗料，可按照如下方法:首先組裝超聲噴塗設備，根據工件表面需塗覆塗層的面積，在設備上裝上相同面積噴嘴(具體表現為雙層噴嘴的內嘴面積)的噴頭，將液體塗料置於超聲霧化室中，塗料浸沒超聲波霧化發生器，並保持一定的液面高度。調節超聲波霧化發生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發生器開始工作，瞬間將塗料霧化成顆粒粒徑為IOnm?30nm的極細液霧，並經出霧導管到達雙層噴頭，在氮氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流，保持工件在噴霧口正下方5?8cm的位置，並以1.5cm/s的速度平整向前運動，工件在運動的過程中在其表面沉積了 一層厚度均勻的塗層。
[0051]具體實施例3
[0052]對於一些無法移動的工件表面塗覆塗層，所採取的方法如下:首先需根據工件表面需塗覆塗層的面積，在設備上裝上相同面積噴嘴的噴頭(具體表現為雙層噴嘴的內嘴面積)，該雙層噴頭為手持式的噴頭，組裝超聲噴塗設備，設備上裝上該雙層噴頭，將液體塗料置於超聲霧化室中，塗料浸沒超聲波霧化發生器，並保持一定的液面高度。調節超聲波霧化發生器的超聲頻率為2.0MHz，啟動電源，超聲波霧化發生器開始工作，瞬間將塗料霧化成顆粒粒徑為IOum?30um的極細液霧，並經出霧導管到達雙層噴頭，在氧氣流的作用下，液霧被帶出噴霧口，形成一股均勻的液霧汽流。將噴霧口靠近工件表面，並保持噴霧口與工件間垂直，距離為5?8cm的位置，並以1.5cm/s的速度根據工件表面輪廓運動，在噴頭運動的過程中，便可在工件表面沉積了 一層厚度均勻的塗層。
[0053] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細結構特徵以及方法，但本發明並不局限於上述詳細結構特徵以及方法，即不意味著本發明必須依賴上述詳細結構特徵以及方法才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
[0054]以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
[0055]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。[0056]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種超聲霧化噴塗薄膜製備方法，其特徵在於，所述方法通過超聲波霧化發生器將噴塗液超聲霧化成超細微液滴，藉助於超聲霧化噴頭系統，在外加輔助氣流的引導下，向基材表面噴塗制膜； 所述超聲霧化噴頭系統包括雙層噴頭；所述雙層噴頭包括作為外管的輔助氣流導入管(I)、作為內管的霧化液汽導入管(2 )及末端的霧化噴頭(3 );所述的霧化噴頭(3 )為連接輔助氣流導入管(I)和霧化液汽導入管(2)的雙層噴霧口。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: (1)將待霧化的噴塗液置於超聲霧化室中，噴塗液浸沒超聲波霧化發生器； (2)噴塗液在超聲霧化室中經超聲波擊碎分裂成超細微液滴，超細微液滴由超聲霧化室內風機帶動，進入霧化液汽導入管(2)； (3)在輔助氣流導入管(I)中注入外加輔助氣流，由輔助氣流弓I導超聲霧化室和霧化液汽導入管(2)內的超細微液滴到達霧化噴頭(3)，噴射直達基材表面，迅速成膜。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述超聲霧化波發生器的超聲波頻率大於或等於1.7MHz，優選為1.7?2.0MHz，進一步優選為2.0MHz。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述超細微液滴的顆粒粒徑小於30um,優選為 5.5um ?30um。
5.根據權利要求1-3之一所述的方法，其特徵在於，所述輔助氣流為空氣流、氧氣流或氮氣流。
6.根據權利要求1-5之一所述的方法，其特徵在於，所述噴塗液為可超聲霧化的液體材料，優選為以水為基礎溶劑的溶液或溶膠，進一步優選為水溶性溶液、溶膠、農藥或助劑。
7.根據權利要求1-6之一所述的方法，其特徵在於，所述膜的厚度為10?500nm。
8.根據權利要求1-7之一所述的方法，其特徵在於，所述基材為各類需要進行表面塗膜處理的材料。
【文檔編號】B05B12/00GK103736620SQ201410026079
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】於偉東, 楊海明, 謝曉峰, 倫志輝, 李珠梅 申請人:佛山市中國科學院上海矽酸鹽研究所陶瓷研發中心