一種玻璃基增透清潔膜的製備方法與流程
2023-07-22 22:46:26
本發明屬於材料製備領域，尤其涉及一種玻璃基增透清潔膜的製備方法。
背景技術：
隨著科學技術的發展和人類生活水平的提高，人類面臨越來越嚴峻的能源短缺、環境汙染等威脅與挑戰，如空氣汙染會使玻璃製品表面逐漸失去光彩。另外，玻璃製品表面吸附了空氣中的有機物後，形成汙垢，表面變髒。玻璃的表面清洗已成為日常生活及維護的困難。通過在玻璃表面鍍膜，研製出同時具有增透和自清潔作用的鍍膜玻璃的研究引起了廣泛關注。其中，採用常壓加熱水浴或密封加熱水熱兩種方法，通過鹼性水溶液對各種組分的玻璃片進行有效刻蝕，得到增透的超親水白清潔防霧玻璃。但該方法需要對玻璃基材進行水熱預處理，所需設備和工藝複雜，難以實現工業化。採用溶膠一凝膠法製備的自清潔薄膜往往都需要在較高溫度下烘烤，而且在沒有光照的條件下無法實現超親水。而採用有機成分作為增透膜層材料往往耐紫外老化性能差。
技術實現要素：
本發明旨在解決上述問題，提供一種玻璃基增透清潔膜的製備方法。
本發明的技術方案為：
一種玻璃基增透清潔膜的製備方法，其特徵在於包括如下步驟：
（1）將正矽酸乙脂用無水乙醇稀釋後，滴加硝酸和水的混合溶液，在30℃下超聲30min，靜置陳化後，用無水乙醇按總體積量稀釋為原濃度的1／2後備用；
（2）取二氧化鈦粉末50g溶於500mL去離子水中，超聲分散製備出二氧化鈦溶膠；
（3）取納米二氧化矽溶膠和納米二氧化鈦溶膠攪拌混合均勻，滴加鹽酸，調節pH值到3.5，繼續攪拌30min後備用；
（4）將高硼矽玻璃基片用洗潔精和去離子水清洗5-10次，置於乾燥箱內備用；
（5）在25℃，環境溼度55％的潔淨環境下用提拉機對基片進行鍍膜，鍍膜時將基片浸入鍍膜液中，靜置於溶液中15min後向上提拉取出基片；
（6）將製備的鍍膜片在室溫下放置5min，然後放入乾燥箱中以5℃／min的升溫速率加熱至110℃，熱處理後自然冷卻至室溫。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述超聲分散的時間為10min。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述靜置陳化時間為48h。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述乾燥箱的溫度為50℃。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述熱處理時間為30min。
本發明的技術效果在於：
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，在酸催化體系中以正矽酸乙酯和納米銳鈦礦型二氧化鈦粉末為二氧化矽二氧化鈦複合溶膠原料，採用提拉法在高硼矽玻璃基片表面製備出具有增透和自清潔功能的薄膜，所述薄膜的增透效果最好，透過率增加3％，同時也有較好的自潔效果，且本發明所述的製備方法簡單，易於操作，適於推廣應用。
具體實施方式
實施例1
一種玻璃基增透清潔膜的製備方法，其特徵在於包括如下步驟：
（1）將正矽酸乙脂用無水乙醇稀釋後，滴加硝酸和水的混合溶液，在30℃下超聲30min，靜置陳化後，用無水乙醇按總體積量稀釋為原濃度的1／2後備用；
（2）取二氧化鈦粉末50g溶於500mL去離子水中，超聲分散製備出二氧化鈦溶膠；
（3）取納米二氧化矽溶膠和納米二氧化鈦溶膠攪拌混合均勻，滴加鹽酸，調節pH值到3.5，繼續攪拌30min後備用；
（4）將高硼矽玻璃基片用洗潔精和去離子水清洗5-10次，置於乾燥箱內備用；
（5）在25℃，環境溼度55％的潔淨環境下用提拉機對基片進行鍍膜，鍍膜時將基片浸入鍍膜液中，靜置於溶液中15min後向上提拉取出基片；
（6）將製備的鍍膜片在室溫下放置5min，然後放入乾燥箱中以5℃／min的升溫速率加熱至110℃，熱處理後自然冷卻至室溫。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述超聲分散的時間為10min。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述靜置陳化時間為48h。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述乾燥箱的溫度為50℃。
本發明所述的玻璃基增透清潔膜的製備方法，所述熱處理時間為30min。
玻璃表面所鍍薄膜中透明狀的二氧化矽膠體粒子分布均勻，沒有明顯開裂現象。明亮的二氧化矽團聚膠粒呈小島狀分散，平均粒徑在5-20μm。將製備好的鍍膜玻璃片放入乾燥箱中以5℃/min的升溫速率加熱至110℃，控制水分的蒸發速率可緩釋溶膠向凝膠轉變過程中產生的應力。同時，緩慢升溫能夠防止薄膜因高分子分解而造成的對原有結構的破壞，得到平整的薄膜，避免因膜層表面狀態變差而造成的散射問題。較分散的二氧化鈦團聚膠粒能讓光線通過間隙透過玻璃，從而減小了因二氧化鈦折射率較大降低透過率的影響。
增透自潔玻璃表面所鍍二氧化矽二氧化鈦複合薄膜較平坦，對未鍍膜玻璃表面而言如同覆蓋了一層毛絨狀外衣，增大了液體與玻璃表面的接觸面積，並具有合適的粗糙度，從而提高了液體與玻璃表面的浸潤性。
太陽能輻射大部分集中在170-4000 nm波長範圍，其中50％的能量集中在可見光區，43％在紅外區，7％在紫外區。因此充分利用好可見光和紅外區域的太陽輻射是提高能量利用率的有效手段之一。
鍍膜時提拉速度是影響薄膜增透性的重要因素。當提拉速度從5cm/min加快到10cm/min時，鍍膜玻璃的透過率不斷提高，透過率最高增加2.5％。當提拉速度從10cm／min加快到12cm／min時，鍍膜玻璃的透過率有所下降。原因可能是開始隨著提拉速度提高，溶膠在玻璃表面相對運動速度加快，薄膜接近最佳薄膜厚度，大約為530nm波長的四分之一，而當提拉速度太快，薄膜小於最佳薄膜厚度時，增透效果就有所降低。
鍍膜玻璃透過率曲線在450-800nm的範圍都能均勻增透2％以上，曲線與玻璃基片的透過率曲線相平行，當在靠近紫外的400-450nm波長區域，鍍膜玻璃的透過率陡然下降，與玻璃基片的透過率曲線呈相交的趨勢。可能的原因是鍍膜溶膠中所含的二氧化鈦膠體粒子對高能量光線有較大的吸收而影響了鍍膜玻璃整體的增透效果。
鍍膜玻璃所用的鍍膜液主要成分為二氧化矽溶膠和二氧化鈦溶膠，其中二氧化矽溶膠對薄膜增透起主要作用，二氧化鈦溶膠則是作為光致超親水性能的主要材料。增透自清潔薄膜在提高增透性能的同時必然會降低其光致超親水性。達到超親水性，水滴在鍍膜玻璃表面很容易自然鋪展開來。
對不同矽/鈦比配置的複合溶膠對薄膜的增透性能和光致超親水性能進行了研究，在矽/鈦比小於8時，隨著矽/鈦比的提高，透過率的增加值也隨之變大，但再繼續增加矽/鈦比，透過率的增加接近平臺。可能的原因是在一定的提拉速度下，增大矽/鈦比使得溶膠黏度變大，而過大的黏度不利於形成合適厚度的薄膜層。
隨著矽/鈦比的提高，鍍膜玻璃對水接觸角越來越大，當矽/鈦比大於10時，對水接觸角已大於50，使得玻璃表面在紫外照射下不能表現超親水性。原因可能是過大的矽/鈦比稀釋了二氧化鈦溶膠所佔比例，另外二氧化矽溶膠為疏水性，過多二氧化矽納米膠粒不利於鍍膜玻璃表面親水性的形成。因此，在一定提拉速度下，選擇合適的矽/鈦比對調節增透自潔鍍膜玻璃整體性能很重要，使其達到合理優值。