一種自清潔水性增透膜的製備方法與流程
2023-12-09 23:36:17 2
本發明涉及一種自清潔水性增透膜的製備方法，屬於光學薄膜製備技術領域。
背景技術：
減反射膜，又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、稜鏡、平面鏡等光學元件表面的反射光，減少或消除系統的雜散光，從而增加這些元件的透光量。sio2因其折射率（1.45）低，使用較為普遍。但sio2增透膜卻有著機械性能較差、不耐潮溼、製備工藝複雜等缺點，當這種納米膜層應用於戶外時，會受限於缺乏耐候性和自清潔性。引入具有光催化作用的二氧化鈦是一種可供選擇的方法。以二氧化鈦為代表的氧化物半導體光催化材料以其獨特的性能成為一種理想的環境汙染清潔材料。tio2由於具有抗化學和光腐蝕、性質穩定、無毒、催化活性高、價廉等特性，對於難降解的有機物具有很好的降解作用，能處理多種有機和無機汙染物。
現階段採用的方法有以下幾種：（1）摻鋅減反射型自清潔塗層的製備方法，它採用一種溶膠-凝膠技術，首先在玻璃表面製備一層sio2薄膜，然後繼續採用溶膠-凝膠技術在sio2薄膜表面製備一層摻鋅tio2薄膜，製備出一種sio2/摻鋅tio2雙層自清潔減反膜。（公開號cn103359955b）（2）採用壓印技術以及表面修飾技術在透明柔性薄膜上加工出具有微米尺寸的立體圖形結構，從而製備出自清潔減反膜。將所述減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件的窗口層集成,以有效抑制窗口層表面反射，增加進入到電池吸收層的光子數，從而提高電池的光電轉換效率。（公開號cn105514188a）（3）利用空心納米複合粒子構建自潔減反膜，該方法在氨水和無水乙醇中加入丙烯酸酯和正矽酸四乙酯製備二氧化矽納米粒子溶膠，加入異丙醇鈦反應得到二氧化鈦包裹二氧化矽複合納米粒子，再將該粒子分散到無水乙醇中形成乙醇溶膠，用鹽酸調節ph值後，用浸漬提拉法在潔淨的玻璃兩面各鍍制一層薄膜，經500℃鍛燒後，得到具有光致超親水性和光催化自潔功能，可見光範圍最高透光率達99%以上的多功能減反膜。（公開號cn104310791b）（4）採用去離子水、催化劑、矽源、矽烷偶聯劑及有機溶劑製備無機-有機雜化矽溶膠，將溶膠塗覆於經過清洗、乾燥後的光伏玻璃上，再將塗膜後的光伏玻璃通過有機物氣氛處理，最後將疏水處理後的光伏玻璃在一定溫度條件下固化處理一段時間，製備出具有自清潔效果減反射光伏玻璃。（cn101885586b）但是，上述這些方法都存在使用有機溶劑、實驗步驟繁瑣、實驗條件要求高、汙染環境等問題。
技術實現要素：
本發明目的在於解決目前無法製備具有自清潔性水性（不含有機溶劑）增透膜的問題，同時現有的製備方法存在複雜、周期長、非環保等問題，提供一種自清潔水性增透膜的簡便製備方法。
本發明提出的一種自清潔水性增透膜的製備方法，具體步驟如下：
（１）採用下述任一方法製備含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液
方法一：將水性聚合物與納米二氧化鈦水溶膠混合，並在磁力攪拌器上進行攪拌，製成含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液；其中水性聚合物為二氧化矽核殼結構納米複合粒子水性液；
方法二：將中空納米二氧化矽納米粒子水性液與水性納米二氧化鈦溶膠混合，並在磁力攪拌器上進行攪拌，製成含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液；
方法三：將納米二氧化矽納米粒子水性液與水性納米二氧化鈦溶膠混合，並在磁力攪拌器上進行攪拌，製成含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液；
（２）基底玻璃的前處理
將基底玻璃在濃硫酸與雙氧水的混合液中浸泡，然後用清水和去離子水交替清洗，再用氣槍吹乾；
（３）鍍膜過程
採用浸漬提拉法或旋塗法，用步驟（1）得到的含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液在步驟（２）中得到的基底玻璃上鍍膜；
（４）薄膜的後處理
對於步驟（３）得到的薄膜，若是採用步驟（１）所述方法二或方法三所得的含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液得到的，只需在較低溫度處理即可；若是通過步驟（1）所述方法一所得的的含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液得到的，需要進行高溫後處理，除去薄膜中的有機物，得到含有納米二氧化鈦閉孔結構二氧化矽增透膜。
本發明中，步驟（1）中所述得到的含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液的濃度為5wt.%～30wt.%。
本發明中，步驟（1）所述的二氧化鈦水溶膠濃度為1-40wt.%。
本發明中，步驟（２）中所述浸泡時間為30min。
本發明中，步驟（３）中浸漬提拉法或旋塗法，溫度30℃，採用提拉法的速度範圍為200-2500um/min；採用旋塗法的速度範圍為300-1000rpm。
本發明中，步驟（１）中所述二氧化矽核殼結構納米複合粒子、中空納米二氧化矽納米粒子的粒徑為20-150nm，納米二氧化矽納米粒子水性液的粒徑為2-50nm。
本發明中，步驟（４）中採用步驟（１）所得的含有納米二氧化鈦的水性鍍膜液得到的，處理溫度為500~650℃。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：這種自清潔水溶性增透膜的製備方法可以製備不含有有機溶劑的環境友好型「綠色」自清潔水溶性增透膜，在加入高折射率的二氧化鈦後依舊可以使雙面鍍膜的玻璃透光率增至9%以上，並且只需要鍍一次膜。另外，增透膜製備過程簡單，對製備環境要求低、製備周期短、而且成本較低，具有較大經濟效益。
附圖說明
圖1為實施例1中加入的二氧化鈦溶膠的透射電鏡圖。
圖2為實施例1中加入二氧化鈦增透膜液的透射電鏡圖。
圖3為實施例1中加入不同量二氧化鈦增透膜的透光率。
圖4為實施例1中日光照射下不同時間亞甲基藍溶液的吸光度。
圖5為實施例1中紫外燈照射下不同時間亞甲基藍溶液的吸光度。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。
實施例1
（1）將粒徑約為80nm、濃度為30wt.%核殼結構聚合物/二氧化矽納米複合粒子水性液與粒徑5nm、濃度為1wt.%納米二氧化鈦水溶膠混合，以10:9、10:18、10:27、10:36和10:45的體積比，用磁力攪拌器攪拌混合。
（2）將基底玻璃浸泡在濃硫酸和雙氧水比例為3:1的混合液中30min，用去離子水清洗乾淨，再用氮氣槍吹乾。
（3）採用浸漬提拉法，以提拉溫度40°c，提拉速度600、900、1200、1500和1800μm/min的條件，使用步驟（3）中的混合液，在步驟（4）中得到的基底玻璃上提拉鍍膜。
（4）將步驟（5）中得到的薄膜在500°c下灼燒4h，得到含有二氧化鈦納米粒子的閉孔型二氧化矽增透膜。
從圖１中可以看出，本實施例中二氧化鈦納米粒子的粒徑為5納米左右，而且粒子大小較為均一。
從圖２中可以看出，二氧化鈦溶膠均勻地分散在核殼納米複合粒子之間。
從圖３中可以看出，隨著二氧化鈦在減反膜中含量的增加，減反膜的在可見光區的透光率並沒有降低，甚至還有略微的增加。
從圖４中可以看出，含有二氧化鈦的減反膜在自然光的照射下具有分解亞甲基藍的能力，說明此減反膜具有自清潔能力。
從圖５中可以看出，含有二氧化鈦的減反膜在254納米紫外燈的照射下具有分解亞甲基藍的能力，進一步說明此減反膜具有自清潔能力。
實施例2
（1）將粒徑約為80納米nm、濃度為20wt.%中空二氧化矽納米粒子水性水性液與粒徑5nm、濃度為5wt.%納米二氧化鈦水溶膠混合，按照一定比例進行混合，並用去離子水進行稀釋，最後採用磁力攪拌器攪拌混合均勻，得到鍍膜液。
（2）將基底玻璃浸泡在濃硫酸和雙氧水比例為3:1的混合液中30min，用去離子水清洗乾淨，再用氮氣槍吹乾。
（3）採用浸漬提拉法，以提拉溫度40°c，提拉速度1800μm/min的條件，使用步驟（1）中的混合液，在步驟（2）中得到的基底玻璃上提拉鍍十片膜。
（4）將步驟（3）中得到的薄膜在200°c下處理4h，得到含有二氧化鈦納米粒子的閉孔型二氧化矽增透膜。
（5）把步驟（4）中製備得到的減反膜玻璃在日光照射下，浸泡在濃度為5mg/l的亞甲基藍溶液中，測試不同時間下亞甲基藍溶液吸光度的變化。
（6）把步驟（5）中減反膜玻璃放在波長為365nm的紫外燈下照射，浸泡在濃度為5mg/l的亞甲基藍溶液中，測試不同時間下亞甲基藍溶液吸光度的變化。
實施例3
（1）將二氧化矽納米粒子水性液與粒徑5nm、濃度為5wt.%二氧化鈦水溶膠混合，按照一定比例進行混合，並用去離子水進行稀釋，最後採用磁力攪拌器攪拌混合均勻，得到鍍膜液。
（2）將基底玻璃浸泡在濃硫酸和雙氧水比例為3:1的混合液中30min，用去離子水清洗乾淨，再用氮氣槍吹乾。
（3）採用浸漬提拉法，以提拉溫度40°c，提拉速度1800μm/min的條件，以提拉速度600、900、1200、1500和1800μm/min的條件，使用步驟（1）中的混合液，在步驟（2）中得到的基底玻璃上鍍膜。
（4）將步驟（3）中得到的薄膜在200°c下處理4h，得到含有二氧化鈦納米粒子的二氧化矽增透膜。
（5）把步驟（4）中製備得到的減反膜玻璃在日光照射下，浸泡在濃度為5mg/l的亞甲基藍溶液中，測試不同時間下亞甲基藍溶液吸光度的變化。
（6）把步驟（5）中減反膜玻璃放在波長為365nm的紫外燈下照射，浸泡在濃度為5mg/l的亞甲基藍溶液中，測試不同時間下亞甲基藍溶液吸光度的變化。
上述僅本發明較佳可行的實施例，非因此局限本發明保護範圍，依照上述實施例所作各種變形或套用均在此技術方案保護範圍之內。