技术领域
本发明涉及一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，属于透明涂料领域。
背景技术
超疏水涂料用于玻璃，金属，陶瓷等基体材料上，使表面具有自清洁和易于清洗的效果；超疏水表面用于船舶，舰艇和管道的内壁，可以降低表面与水流之间的摩擦阻力，实现减阻甚至对流体的无损失的传送；超疏水表面用于卫星天线上可以减少因雪的吸附而产生的信号干扰等。超疏水/超亲油特性的表面可以用于油水分离，对于石油领域有着重要的意义,除此之外，超疏水表面一个重要的背景是表面的抗结冰，即延迟、降低冰霜在表面堆积。视觉上的透明度或者增透性是很多光学材料设备的基本要求,诸如大楼外层的玻璃,电子器件的光学玻璃,光学反射镜等。对于它们来说,防水和自我清洁的能力是必须具备的。因此在同一个固体表面,同时引入超疏水性和光学的透明度或者增透性有着极大的研究价值。
发明内容
本发明提供了一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，解决了现有疏水涂料透明性不好以及制备工艺复杂等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20-70mg三乙醇胺和300-850mg十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中搅拌5-45min，油浴升温至70-95℃；
(2)将1-3mL正硅酸乙酯滴加到上述溶液中，0.5-3h后继续滴加1-3mL正硅酸乙酯；保温反应0.5-3h得到均一的单分散纳米SiO2颗粒溶胶；
(3)将SiO2溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤2次，离心得到纯化的SiO2溶胶；
(4)向步骤(3)中离心所得的SiO2溶胶中加入乙醇和盐酸进行去模板，得到介孔纳米SiO2溶胶；
(5)将步骤(4)所得的介孔纳米SiO2溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤1次，离心得到纯化的SiO2溶胶；
(6)用乙醇分散SiO2溶胶，溶胶中SiO2浓度0.005-0.02g/mL，加入硅烷偶联剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷，SiO2溶胶:硅烷偶联剂:十七氟癸基三甲氧基硅烷体积比为120:0.5-1:0.2-0.5，对介孔SiO2进行改性0.5-2h；
(7)把黏合剂加入到水中磁力搅拌1h，充分溶解，黏合剂和水的质量比为50-100:1；
(8)向步骤(6)所得SiO2溶胶中加入上述步骤(7)溶解的所得黏合剂水溶液，SiO2溶胶和黏合剂水溶液的体积比为1-3:1，搅拌3-10min，制得透明超疏水涂料。
进一步，本发明的优选方案为：所述的去模板的工艺中乙醇和盐酸体积比为15:1，70-95℃保温反应10-30h。
进一步，本发明的优选方案为：所述的SiO2溶胶:硅烷偶联剂:十七氟癸基三甲氧基硅烷体积比为60:0.5:0.2。
进一步，本发明的优选方案为：所述的硅烷偶联剂为KH-550。
进一步，本发明的优选方案为：所述的离心为离心转速10000-15000转/分，离心时间3-20分钟。
进一步，本发明的优选方案为：所述的黏合剂为AB双组分水性环氧树脂。
本发明的有益效果：
本发明的超疏水涂料均匀喷涂到基底(普通玻璃，包括玻璃窗户、玻璃幕墙、家庭浴室镜子、汽车挡风玻璃、汽车后视镜、汽车后景玻璃、汽车玻璃天窗、眼镜片以及ABS塑料等)上，自然晾干15-36h(或在60℃下干燥1-5h)，得到超疏水透明涂层，水滴在涂层表面接触角大于150度；附着力良好，涂有涂膜的载玻片或扇叶透明性可观，透光率达90％以上。
本发明的制备方法简单，工艺操作方便，通过第四步的去模板高温反应以及第六步的改性，使得所制备的介孔二氧化硅的疏水性和透明性的得到极大提高，涂料喷涂后得到的涂层对水的接触角大，透光性好。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将35mg三乙醇胺和570mg十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中搅拌10min，油浴升温至85℃；
(2)将1.5mL正硅酸乙酯滴加到上述溶液中，1h后继续滴加1.5mL正硅酸乙酯，保温反应1h得到均一50nm的单分散纳米SiO2颗粒溶胶；
(3)将SiO2颗粒溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤2次，离心得到纯化的SiO2溶胶，离心转速为10000转/分，离心时间为10分钟；
(4)向离心得到的SiO2溶胶中加入乙醇和盐酸进行去模板，乙醇和盐酸体积比为15:1，85℃保温反应15h，得到介孔纳米SiO2溶胶；
(5)将介孔纳米SiO2溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤1次，得到纯化的SiO2溶胶；
(6)用乙醇分散SiO2溶胶，溶胶中SiO2浓度0.005g/mL，加入硅烷偶联剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷，SiO2溶胶:硅烷偶联剂:十七氟癸基三甲氧基硅烷体积比为60:0.5:0.2，对介孔SiO2改性1.5h；
(7)把黏合剂加入到水中磁力搅拌1h，充分溶解，水和黏合剂的质量比为100:1；
(8)向步骤(6)所得SiO2溶胶中加入上述步骤(7)溶解的所得黏合剂水溶液，SiO2溶胶和黏合剂水溶液的体积比为3:1，搅拌3min，制得透明超疏水涂料。
本发明的超疏水涂料均匀喷涂到汽车后景玻璃上，自然晾干24h，得到超疏水透明涂层，水滴在涂层表面接触角位150度；附着力良好，喷涂有涂膜的载玻片或扇叶透明性可观，透光率达93％。
实施例2
一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将70mg三乙醇胺和850mg十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中搅拌45min，油浴升温至95℃；
(2)将3mL正硅酸乙酯滴加到上述溶液中，1h后继续滴加3mL正硅酸乙酯，保温反应0.5h得到均一30nm的单分散纳米SiO2颗粒溶胶；
(3)将SiO2颗粒溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤2次，离心得到纯化的SiO2溶胶，离心转速为12000转/分，离心时间为5分钟；
(4)向离心得到的SiO2溶胶中加入乙醇和盐酸进行去模板，乙醇和盐酸体积比为15:1，95℃保温反应30h，得到介孔纳米SiO2溶胶；
(5)将介孔纳米SiO2溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤一次，得到纯化的SiO2溶胶；
(6)用乙醇分散SiO2溶胶，溶胶中SiO2浓度0.01g/mL，加入硅烷偶联剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷，SiO2溶胶:硅烷偶联剂:十七氟癸基三甲氧基硅烷体积比为240:1:1，进行改性反应0.5h；
(7)把黏合剂加入到水中磁力搅拌1h，充分溶解，水和黏合剂的质量比为75:1；
(8)向步骤(6)所得SiO2溶胶中加入上述步骤(7)溶解的所得黏合剂水溶液，SiO2溶胶和黏合剂水溶液的体积比为2:1，搅拌5min，即得到透明超疏水涂料。
本发明的超疏水涂料均匀喷涂到汽车后景玻璃上，自然晾干24h，得到超疏水透明涂层，水滴在涂层表面接触角位151度；附着力良好，涂有涂膜的玻片透明性可观，透光率达91％。
实施例3
一种基于单分散纳米介孔二氧化硅的超疏水透明涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20mg三乙醇胺和300mg十六烷基三甲基溴化铵加入到去离子水中搅拌5min，油浴升温至70℃；
(2)将1mL正硅酸乙酯滴加到上述溶液中,1h后继续滴加1mL正硅酸乙酯，保温反应0.5h得到均一80nm的单分散纳米SiO2颗粒溶胶；
(3)将SiO2颗粒溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤2次，离心得到纯化的SiO2溶胶，离心转速为14000转/分，离心时间为3分钟；
(4)向将离心得到的SiO2溶胶中加入乙醇和盐酸进行去模板，乙醇和盐酸体积比为15:1，70℃保温反应30h，得到介孔纳米SiO2溶胶；
(5)将介孔纳米SiO2溶胶离心洗涤，分别用去离子水和乙醇各离心洗涤1次，离心得到纯化的SiO2溶胶；
(6)用乙醇分散SiO2溶胶，溶胶中SiO2浓度0.02g/mL，加入硅烷偶联剂和十七氟癸基三甲氧基硅烷，SiO2溶胶:硅烷偶联剂:十七氟癸基三甲氧基硅烷体积比为300:2:1，进行改性，反应2h；
(7)把黏合剂加入到水中磁力搅拌1h，充分溶解，水和黏合剂的质量比为50:1；
(8)向步骤(6)所得SiO2溶胶中加入上述步骤(7)溶解的所得黏合剂水溶液，SiO2溶胶和黏合剂水溶液的体积比为1:1，搅拌10min，即得到透明超疏水涂料。
本发明的超疏水涂料均匀喷涂到汽车后景玻璃上，60℃下干燥1h，得到超疏水透明涂层，水滴在涂层表面接触角位153度；附着力良好，涂有涂膜的载玻片或扇叶透明性可观，透光率达90％。
上述实施例中所用黏合剂为浙江安邦新材料有限公司AB-EP-51型AB双组分水性环氧树脂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。