本發(fā)明屬于疏水涂層領(lǐng)域，尤其涉及一種透明超疏水涂層的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、由于環(huán)境溫度和濕度的變化，水滴、霧氣和冰霜的積累會(huì)顯著降低光學(xué)玻璃的透明度，這影響了其在汽車擋風(fēng)玻璃、建筑窗戶和相機(jī)鏡頭等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)這一問題，研究人員開發(fā)了各種功能性涂層，旨在排斥或吸引水，包括超疏水和超親水涂層。這些涂層均被證明可以有效減輕水分積累帶來的負(fù)面影響。

2、然而，與超親水涂層相比，受蓮葉啟發(fā)的超疏水涂層使水滴能夠滾落，實(shí)現(xiàn)自清潔功能；此外，超疏水涂層的微觀/納米結(jié)構(gòu)中存在空氣囊，空氣囊可以通過阻礙熱傳遞和減少液體與表面之間的接觸面積來延緩凍結(jié)過程，從而防止霧氣和冰霜的積累。超疏水表面已經(jīng)被開發(fā)用于集成防冰、防霜和自愈功能。然而，在表面粗糙度、透明度和耐久性之間實(shí)現(xiàn)平衡仍然具有挑戰(zhàn)性。

3、構(gòu)建超疏水涂層的方法包括化學(xué)氣相沉積、蝕刻、基于模板、自組裝和溶膠-凝膠過程等，形成的超疏水涂層通常表現(xiàn)出不均勻且不可控的表面形貌。這導(dǎo)致了超疏水涂層表面存在光散射，從而對(duì)光學(xué)玻璃的透明度產(chǎn)生不利影響。

4、相比之下，電紡絲技術(shù)可以生產(chǎn)具有可調(diào)直徑、厚度、孔隙率和粗糙度的連續(xù)纖維，具有在微納米尺度上調(diào)節(jié)超疏水性和透明度的優(yōu)勢。然而，電紡絲技術(shù)制備的超疏水涂層中存在以下缺陷：1.空氣-纖維界面的反射/折射而導(dǎo)致的透明度損失；2.玻璃基底與涂層粘結(jié)性差，為了避免由于空氣-纖維界面的反射/折射而導(dǎo)致的透明度損失，必須精確控制納米纖維膜的組成和孔形態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種透明超疏水涂層的制備方法與應(yīng)用，能夠改善如下問題至少之一：降低透明度損失，提高涂層與基底的粘附性。

2、如前所述，第一方面，本發(fā)明提供一種透明超疏水涂層的制備方法，包括如下步驟：

3、將聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、pdms與溶劑共混得到紡絲溶液，利用靜電紡絲在基底表面形成超疏水透明涂層。

4、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物與pdms的質(zhì)量比為1:0～1:10，優(yōu)選所述聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物與pdms的質(zhì)量比為1:0～1:6，例如為1:0、1:1、1:2、1:3、1:4。

5、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述紡絲溶液中，聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和pdms的濃度為5～30wt％，優(yōu)選聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和pdms的濃度為10～20wt％，例如為15wt％。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述溶劑選自甲醇、乙醇、丙酮、dmf、thf、正己烷中的一種或幾種，例如為dmf或dmf與thf的混合溶液。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、pdms與溶劑共混得到紡絲溶液包括如下步驟：將聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和pdms加入dmf溶液中，混合至溶解，得到紡絲溶液。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物與pdms和溶劑的質(zhì)量比為1：(1～6)，優(yōu)選所述聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物與pdms和溶劑的質(zhì)量比為1：(1～4)，例如為1:1。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述混合在溫度為室溫～80℃的條件下進(jìn)行，優(yōu)選所述混合的溫度為50～70℃，例如為60℃。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述混合的時(shí)間為1～8h，優(yōu)選所述混合的時(shí)間為2～6h，例如為3h。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述混合在攪拌條件下進(jìn)行。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和pdms共混得到紡絲溶液具體包括如下步驟：先將pdms與固化劑混合，得到pdms預(yù)聚物，再將pdms預(yù)聚物與聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物加入dmf和thf的混合溶液中，混合至溶解。

13、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，利用靜電紡絲在基底表面形成超疏水透明涂層之前，還包括如下步驟：清洗所述基底表面。

14、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，清洗所述基底表面包括如下步驟：用異丙醇、丙酮和去離子水對(duì)基底進(jìn)行超聲清洗并干燥。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述干燥在溫度為30～100℃的條件下進(jìn)行，例如為60℃。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述干燥的時(shí)間為10～60min，例如為30min。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，清洗所述基底表面之后，利用靜電紡絲在基底表面形成超疏水透明涂層之前，還包括如下步驟：在所述基底表面涂覆交聯(lián)劑，形成交聯(lián)劑層，所述交聯(lián)劑層用于與聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物與pdms進(jìn)行交聯(lián)，形成透明超疏水涂層。

18、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述交聯(lián)劑選自三甲基氯硅烷、三乙氧基甲硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲氧基甲硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種，例如為三甲基氯硅烷。

19、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在所述基底表面涂覆交聯(lián)劑包括如下步驟：將交聯(lián)劑溶于溶劑，形成交聯(lián)劑溶液，將交聯(lián)劑溶液涂覆在基底表面。

20、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述交聯(lián)劑溶液的濃度為0.1～0.5wt％，例如為0.2wt％。

21、作為一個(gè)實(shí)例地，所述交聯(lián)劑溶液為濃度為0.2wt％的三甲基氯硅烷正己烷溶液。

22、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述基底選自玻璃、金屬、布料、濾紙等，例如為玻璃。

23、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在所述基底表面形成交聯(lián)劑層之后，利用靜電紡絲在基底表面形成超疏水透明涂層之前，還包括如下步驟：在交聯(lián)劑層表面涂覆促進(jìn)基，形成促進(jìn)劑層。

24、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在交聯(lián)劑層表面涂覆促進(jìn)劑，包括如下步驟，將pdms預(yù)聚物與固化劑混合后，涂覆在交聯(lián)劑層表面，在紫外燈下固化，形成促進(jìn)劑層。

25、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述pdms預(yù)聚物與固化劑的質(zhì)量比為(5～20)：1，優(yōu)選所述pdms預(yù)聚物與固化劑的質(zhì)量比為(10～15)：1，例如為10:1。

26、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述固化劑選自鉑催化加成固化劑、含氫硅油、甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、過氧化二丙苯、過氧化苯甲基、過氧化叔丁基等中的至少一種，例如為鉑催化加成固化劑。

27、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述靜電紡絲的條件為在11～20kv的恒定流速0.1～3ml/h下進(jìn)行，例如在14.5kv的恒定流速0.5ml/h下進(jìn)行。

28、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述靜電紡絲之后，還包括如下步驟：對(duì)靜電紡絲后的基底進(jìn)行干燥。

29、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述干燥在溫度為30～100℃的條件下進(jìn)行，例如為60℃。

30、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述干燥的時(shí)間為2～6h，例如為4h。

31、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述透明超疏水涂層的初始接觸角為154.6°，滾動(dòng)角約為9°。

32、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述透明超疏水涂層在持續(xù)噴水45分鐘后的滑落角約為20°。

33、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述透明超疏水涂層對(duì)400～1200nm范圍內(nèi)光的透過率＞80％，優(yōu)選所述透明超疏水涂層對(duì)400～1200nm范圍內(nèi)光的透過率＞85％，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述透明超疏水涂層對(duì)400～1200nm范圍內(nèi)光的透過率≥90％。

34、第二方面，本發(fā)明提供一種如上所述方法制備的透明超疏水涂層在玻璃防水中的應(yīng)用。

35、有益效果

36、1)本發(fā)明通過在基底上引入高透光材料pdms來增加透光度，得到在400～1200nm范圍內(nèi)光的透過率＞85％的透光涂層；同時(shí)，該透光涂層不僅具有良好的抗劃傷性能，且具有良好的疏水性能：初始接觸角為154.6°，滾動(dòng)角約為9°，在持續(xù)噴水45分鐘后仍保持了疏水性，水接觸角(wca)略有下降，滑落角(sa)略有增加，約為20°。

37、2)本發(fā)明通過預(yù)先在基底上形成促進(jìn)劑層和交聯(lián)劑層，交聯(lián)劑層能夠增加促進(jìn)劑層與基底之間的連接強(qiáng)度，使得交聯(lián)劑層與基底之間不僅通過氫鍵連接，還通過交聯(lián)劑層形成化學(xué)鍵；且交聯(lián)劑層用于與靜電紡絲溶液中的聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、pdms進(jìn)行交聯(lián)，使靜電紡絲形成的纖維緊密粘附在基底上，靜電紡絲形成的超疏水涂層，呈相互交聯(lián)的納米纖維結(jié)構(gòu)，且纖維相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在大量的孔隙，從而形成兼具超疏水性和光學(xué)透明度的超疏水涂層。