一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水涂层及其制备方法
阅读说明：本技术 一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水涂层及其制备方法 (Fluoride-free hard transparent hydrophobic coating on surface of glass substrate and preparation method thereof ) 是由 冯立明 张鹏宇 尹晓彤 于 2021-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种玻璃基体制备无氟硬质透明疏水涂层及其制备方法,疏水涂层包括如下质量份制备原料:醇水溶液82-97.6份;Zr(Ac)-4溶液1.2-4.8份；辛基三甲氧基硅烷(OTMS)1.2-7.2份；所述醇水溶液体积比为20:1-1:20；Zr(Ac)4溶液中锆的质量分数浓度为15%-16%。本发明的有益效果为：原料易得、无污染、成本低、制备工艺简单,获得的涂层同时具有高疏水性、高硬度、高透明性,且与玻璃的附着力非常优异,涂层疏水角可达132.01°,铅笔硬度为5H-6H,可见光透过率95%左右,高于玻璃基体2.54%。(The invention provides a fluoride-free hard transparent hydrophobic coating prepared from a glass substrate and a preparation method thereof, wherein the hydrophobic coating comprises the following raw materials, by mass, 82-97.6 parts of an alcohol-water solution, Zr (Ac) 4 1.2-4.8 parts of solution; octyl trimethoxy silane (OTMS) 1.2-7.2 parts; the volume ratio of the alcohol aqueous solution is 20:1-1: 20; the mass fraction concentration of zirconium in the Zr (Ac) 4 solution is 15-16%. The invention has the beneficial effects that: the raw materials are easy to obtain, pollution-free, low in cost and simple in preparation process, the obtained coating has high hydrophobicity, high hardness and high transparency, the adhesion with glass is very excellent, the hydrophobic angle of the coating can reach 132.01 degrees, the pencil hardness is 5H-6H, and the visible light transmittance is 9About 5 percent, which is higher than 2.54 percent of the glass matrix.)
技术领域
本发明涉及涂层
技术领域
，尤其涉及一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水涂层及其制备方法。背景技术
随着信息、建筑、汽车制造等行业的快速发展，玻璃的用途也越来越广泛，无论是电子产品的显示屏，还是建筑所用玻璃、汽车挡风玻璃等，都融入了我们的生活，成为我们美好生活中的关键材料之一。在玻璃表面涂覆高硬度、高透光率的疏水涂层，可以将玻璃功能化，拓展其应用领域，具有重要的理论与现实意义。
疏水涂层领域目前普遍存在各种问题，如硬度低、耐磨差，不适合在环境恶劣的条件下应用，泥沙和风沙等的冲刷会对涂层有一定的损害，克服泥沙、风沙等的冲刷，延长涂层的寿命，提高疏水涂层的综合性能是目前玻璃涂层领域迫切需要解决的问题。
目前，疏水涂层的制备过程繁琐，且工艺条件较为苛刻。疏水涂层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，但是其自身的氟对环境存在污染的风险，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；另一类是加入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。
发明内容
本发明的目的在于发明一种硬度高、耐磨性好的一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水的涂层。
为实现上述目的，本发明提供一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水涂层，所述涂层的的制备原料包括如下重量组分：
醇水溶液 82-97.6份
Zr(Ac)4溶液 1.2-4.8份；
辛基三甲氧基硅烷(OTMS) 1.2-7.2份；
醇水溶液体积比为20:1-1:20；
Zr(Ac)4溶液中锆的质量分数浓度为15％-16％。
其次，本发明提供了一种玻璃基体表面无氟硬质透明疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)配制醇水溶液，并按重量份称取醇水溶液、Zr(Ac)4和OTMS；
步骤(2)将Zr(Ac)4溶液加入到醇水混合溶液中并搅拌，设定反应条件，原位生成聚合氧化锆溶胶；
步骤(3)将OTMS加入到聚合氧化锆溶胶中并继续搅拌，设定反应条件，得到聚合有机锆硅溶胶；
步骤(4)将洗净的玻璃片放入聚合有机锆硅溶胶中，浸渍一定时间，提拉玻璃片，并在固化条件下干燥固化成膜。
优选的，步骤(1)中醇水溶液的体积比为20：1-1：20，醇水溶液的用量为82-97.6份，Zr(Ac)4溶液中锆的质量份数浓度为15％-16％，Zr(Ac)4溶液用量为1.2-4.8份，OTMS的纯度为98-99％，用量为1.2-7.2份。
优选的，步骤(2)中，搅拌速度为100-600r/min,搅拌时间为0.5-6h，反应温度为15-25℃。
优选的,步骤(3)中，搅拌速度为300-1000r/min，搅拌时间为10-60min，反应温度为15-25℃。
优选的，步骤(4)中，浸渍的的时间为1-5min，固化条件为：固化温度为15-80℃，固化的时间0.5-24h,固化后在室温下静置24-48h。
本发明的有益效果为：所得涂层与玻璃的附着力非常优异,且铅笔硬度达到5H-6H，可见光区光透过率为95％左右，高于玻璃基体2.54％，纯水的疏水角132.01°。
附图说明
图1为实施例3涂层疏水角随乙酸锆水解-聚合时间的变化。
图2为实施例3涂层疏水角随乙酸锆-OTMS共水解时间的变化。
图3为实施例3涂层透光率随乙酸锆-OTMS共水解时间的变化。
具体实施方式
为清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1：
步骤(1)配制醇水溶液，并按质量份称取醇水溶液82份、Zr(Ac)4溶液1.2份和OTMS1.2份；所述醇水溶液的体积比为20：1，Zr(Ac)4溶液中锆的质量份数为15％，OTMS的纯度为98％。
步骤(2)将Zr(Ac)4溶液加入到醇水混合溶液中并搅拌，搅拌速度为100r/min,搅拌时间为0.5h，反应温度为15℃，原位生成锆溶胶。
步骤(3)将OTMS加入到锆溶胶中并继续搅拌，搅拌速度为300r/min，搅拌时间为10min，反应温度为15℃，得到锆硅溶胶。
步骤(4)将洗净的玻璃片放入锆硅溶胶中，浸渍为1min，固化条件为：固化温度为15℃，固化时间0.5h,固化后在室温下静置24h，拉取玻璃片，并在固化条件下干燥固化成膜。
实施例2：
步骤(1)配制醇水溶液，并按质量份称取醇水溶液97.6份、Zr(Ac)4溶液4.8份和OTMS 7.2份；所述醇水溶液的体积比为1：20，Zr(Ac)4溶液中锆的质量份数浓度为16％，OTMS的纯度为99％。
步骤(2)将Zr(Ac)4加入到醇水混合溶液中并搅拌，搅拌速度为600/min,搅拌时间为6h，反应温度为25℃，原位生成锆溶胶。
步骤(3)将OTMS加入到锆溶液中并继续搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为60min，反应温度为25℃，得到锆硅溶胶。
步骤(4)将洗净的玻璃片放入锆硅溶胶中，浸渍为5min，固化条件为：固化温度为80℃，固化时间24h,固化后在室温下静置48h，拉取玻璃片，并在固化条件下干燥固化成膜。
实施例3：
步骤(1)配置醇水溶液，并按重量份称取醇水溶液90份、Zr(Ac)4 3份和OTMS 6份；所述醇水溶液的体积比为10：1，Zr(Ac)4溶液中锆的质量份数浓度为15.5％，OTMS的纯度为99％。
步骤(2)将Zr(Ac)4加入到醇水混合溶液中并搅拌，搅拌速度为300r/min,搅拌时间为4h，反应温度为20℃，原位生成锆溶胶。
步骤(3)将OTMS加入到锆溶胶中并继续搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为40min，反应温度为20℃，得到锆硅溶胶。
步骤(4)将洗净的玻璃片放入锆硅溶胶中，浸渍为3min，固化条件为：固化温度为50℃，固化时间12h,固化后在室温下静置30h，拉取玻璃片，并在固化条件下干燥固化成膜。
实施例4：
步骤(1)配置醇水溶液，并按重量份称取醇水溶液90份、氯氧化锆2.4份和OTMS2.4份；所述醇水溶液的体积比为5：1，Zr(Ac)4溶液中锆的质量份数浓度为15.5％，OTMS的纯度为99％。
步骤(2)将Zr(Ac)4加入到醇水混合溶液中并搅拌，搅拌速度为300r/min,搅拌时间为4h，反应温度为20℃，原位生成锆溶胶。
步骤(3)将OTMS加入到锆溶胶中并继续搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为40min，反应温度为20℃，得到锆硅溶胶。
步骤(4)将洗净的玻璃片放入锆硅溶胶中，浸渍为5min，固化条件为：固化的温度为15℃，固化的时间12h,固化后在室温下静置48h，拉取玻璃片，并在固化条件下干燥固化成膜。
对实施例1-4进行检测，具体结果如下表1和说明书附图：
从表1和说明书附图可以看出，实施例1-4，涂膜均匀且透明，实施例1-3的附着力非常优异，但是实施例4的涂层附着力较差，实施例1-3的铅笔硬度和疏水角性能也很优异，实施例1-3的透光率在95％左右,实施例4因为溶胶自身出现混浊,其透光率仅为85％。
表1涂膜性能测试
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