一种无氟疏水透明涂层的制备方法及在玻璃塑料膜金属表面的应用

本发明涉及涂层，具体涉及一种无氟疏水透明涂层用于透光玻璃、塑料膜、或金属光滑表面（例如：手机背面的机壳）的制备方法。

背景技术：

1、随着信息、建筑、农业、汽车等行业的迅速发展，玻璃，塑料膜，手机等等已经在我们生活中处处可见。无论是一些汽车上的挡风玻璃，电子显示屏幕，还是农业大棚塑料膜，或者是手机金属后壳表面都需要一些透明且疏水的涂层材料，这种材料的发明能够大大方便我们的日常生活，减少不必要的浪费，有效的保护自然环境。

2、疏水涂层目前普遍存在各种问题,如硬度低、耐磨性差,不适合在恶劣环境条件下应用,硬物刮伤，泥沙和风沙等的冲刷会对涂层具有一定的损害。因此，抗刮伤、克服泥沙﹑风沙等的冲刷,延长涂层的使用寿命,提高疏水涂层的自清洁功能，及涂层与基底的附着力等综合性能是目前疏水透明涂层亟需解决的主要问题。

3、目前,疏水涂层材料主要采用含氟树脂，例如聚四氟乙烯或特氟龙涂料，其制备过程繁琐,工艺条件较为苛刻，固化温度超过300°c。耐磨疏水涂层的主要制备思路一般分为两类，一类是采用全氟硅烷类化合物，降低表面能,提高涂膜疏水性,全氟硅烷类化合物虽然有较低的表面能,但是其自身所含的长链氟碳成分，导致涂层软，不耐磨，很容易剥落，对人身及环境存在伤害与污染的风险,并且氟化合物价格昂贵，制备成本高,如申请号为cn106746736a、cn101941000a、cn106928844a、cn105420735a、cn206725795u等专利都采用了氟化合物作为原材料。另一类是在玻璃表面添加二氧化硅等粒子增加玻璃基体表面的微观粗糙度来达到疏水的目的,如申请号为cn105670393a、cn110615619a、 cn110616038a、cn101249964、cn104947169a的中国专利,本类专利属于异相添加方式,因二氧化硅等粒子自身的表面能高﹑脆性大,导致涂层的力学性能有所降低。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种无氟疏水透明涂层的材料制备方法。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：制备一种疏水透明耐磨涂层的水溶性无氟溶液，所述水溶性无氟溶液的制备方法包括以下步骤：聚合物的制备，粘结剂的制备，疏水透明涂料的制备，采用喷涂、刷涂、或滚涂的方法分别在玻璃、塑料膜、手机金属后壳涂上无氟透明涂层，固化之后，测试透明性、表面接触角、硬度、耐水洗性等综合性能。所述涂层的制备所需的原料包括：

3、乙二醇丁醚（egbe）；羟基封端聚二甲基硅氧烷（h-pdms）；冰乙酸；去离子水或纯水；钛酸异丙酯（tip），异丙醇，纳米硅溶胶（浓度30%），正丙醇，甲基三乙氧基硅烷（mtes）。

4、本发明提供了一种水溶性无氟透明表面涂层的制备方法，包括以下步骤：

5、1．聚合物的制备：

6、步骤（1）：分别称取乙二醇丁醚（egbe）溶剂，羟基封端聚二甲基硅氧烷（h-pdms），冰乙酸，去离子水，其质量比为130:56:1:3 。

7、步骤（2）：将h-pdms溶液逐滴滴入egbe溶剂中，同时以400r/min速度磁力搅拌30-60分钟，使其充分混合，得到h-pdms-egbe混合液。

8、步骤（3）：将称取的冰乙酸溶液，逐滴加入去离子水中，得到水解后的酸性溶液。

9、步骤（4）：向h-pdms-egbe混合液中逐滴加入步骤（3）的酸性溶液，同时以400r/min速度磁力搅拌1 小时，使其充分混合，得到混合液，并标记为溶液①。

10、步骤（5）：分别称取异丙醇，钛酸异丙酯，其质量比为2:1，将钛酸异丙酯逐滴加入异丙醇中，将混合液磁力搅拌1 h，并将混合液标记为溶液②。

11、步骤（6）：将溶液②慢速加入①中，同时磁力搅拌1 h，得到①+②的混合溶液。

12、2．粘结剂的制备：

13、步骤（7）：将去离子水加入纳米硅溶胶（30 wt%）溶液中，搅拌5 min，再向此溶液中缓慢滴入正丙醇溶液，最后缓慢滴入三乙氧基甲基硅烷（mtes）溶液，质量比依次为1: 7:7.5:9.55,搅拌至略微呈青色的澄清溶液，将此混合液标记为溶液③，装瓶待用。

14、3．疏水透明涂料的制备：

15、步骤（8）：将步骤（6）制备的①+②的混合溶液与溶液③按照6:4的质量比混合搅拌，使其充分混合，得到水溶性无氟涂料。

16、4.涂层制备及固化：

17、步骤（9）：涂膜之前，先将玻璃（或其它基底材料）样本清洗干净，具体步骤包括：将1到2滴常用洗手液滴于玻璃表面，用戴手套的手指反复涂抹整个样本表面，用自来水冲刷干净，再用去离子水或纯水冲洗1-2遍，最后用酒精沿一定倾斜方向冲洗表面1遍，用氮气枪轻轻吹干。塑料膜的预处理方法是采用大气等离子体机，对样本表面x-y平面扫1-2遍。

18、步骤（10）：采用喷涂、刷涂、或滚涂的方法，将适当涂料均匀涂覆到玻璃，塑料膜，或光滑金属表面，涂覆之前，需采用适当预处理工艺，保证基底材料表面干净，无油、无污染；涂覆之后，涂层与基底需保持固化温度在60°c - 80℃，固化时间40 分钟左右，固化后，在室温下静置12小时，得到疏水透明耐磨涂层。

19、本发明的有益效果为：所得涂料可均匀涂覆在玻璃，塑料膜，或金属光滑表面，达到完全透明，水接触角在120° 左右，有较好的抗划痕能力，有一定的自清洁功能。

技术特征：

1.一种可应用于玻璃、塑料膜、金属等表面的疏水透明耐磨涂层的水溶性无氟溶液的制备方法，其特征在于，所述水溶性无氟溶液的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所制备的两种涂液，进一步对疏水透明涂层制备其特征在于：

3.根据权利要求2所述的无氟疏水涂液，对涂层制备及固化，其特征在于：

4.根据权利要求3所制备的无氟疏水透明涂层，其特征在于本发明的有益效果为：所得涂料可均匀涂覆在玻璃，塑料膜，或金属光滑表面，水接触角在120°左右，有较好的抗划痕能力，有一定的自清洁功能。

技术总结本发明公开了一种无氟疏水透明涂料的制备方法，可采用喷涂、刷涂、滚涂等工艺，在玻璃、塑料膜、或金属光滑表面均匀涂覆一层透明薄膜，使其具有美观性和功能性的有益效果。其优点在于，在保持高度透明的同时，表层附加的疏水涂层，提高样本表面的疏水性，和自清洁功能，水接触角在120°左右，具有很好的抗划痕能力和耐水洗耐久性。应用范围包括、并不限于手机屏幕、塑料贴膜、手机背面机壳等。技术研发人员：吴永玲,郑宏宇,李光辉,孙庆民,李尊硕受保护的技术使用者：山东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11