疏水玻璃
文献发布时间：2023-06-19 15:47:50
技术领域
本发明涉及疏水玻璃制备技术领域，特别涉及一种疏水玻璃。
背景技术
玻璃是非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。其具有一定的亲水性，在清洗或者淋雨后容易留下水痕，使玻璃的透光性变差，影响人们的日常生活。
现今使用较多的疏水剂是一种玻璃疏水镀膜液，这种玻璃疏水镀膜液由长链烷基硅烷偶联剂、硅酸烷基酯、醇、无机酸催化剂和去离子水或蒸馏水组成，可以在玻璃表面形成一层透明憎水膜。水滴在玻璃表面可以形成水珠，其接触角可高达110℃，可实现自动滚落而不留痕迹，解决了水痕的问题。
目前，公开号为CN 111099837 A的中国专利公开了一种玻璃疏水剂，它包括聚硅氧烷10-20份；甲烷70-90份；硝酸1-3份；异丙醇2-5份；六亚甲基四胺1-3份。
这种玻璃疏水剂具有一定的腐蚀性，长久使用损伤玻璃表面。
发明内容
本发明的目的是提供一种疏水玻璃，其具有无腐蚀性的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种疏水玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1:清洗玻璃；
S2:炭黑烘烤；
S3:化学气象沉积；
S4:退火；
S5:低表面能物质修饰；
其中，S3化学气象沉积包括以下试剂：正硅酸乙酯3ml、氨水3ml；
其中，S3化学气象沉积包括以下步骤：
S31:将烘烤有炭黑的玻璃放入大烧杯中，将正硅酸乙酯与氨水分别加入两个小烧杯中；
S32:将小烧杯放入装有烘烤过的玻璃的大烧杯中，用保鲜膜密封，反应24h。
通过采用上述技术方案，正硅酸乙酯是一种稍有气味的无色液体，对空气较稳定，在氨水的催化作用下，水解生成二氧化硅，二氧化硅附着在纳米炭黑粒子链的表面上，再通过退火处理，高温氧化炭黑粒子链，使玻璃表面留下一层大量的纳米级的二氧化硅球壳链，再通过低表面能物质修饰纳米级的二氧化硅球壳链，使玻璃表面形成一层疏水层，制得疏水玻璃。
进一步的，S1清洗玻璃包括以下试剂：质量分数为3％的氢氧化钠溶液、玻璃清洁液5ml、丙酮3ml、异丙醇3ml、氮气1m
通过采用上述技术方案，采用质量分数为3％的氢氧化钠溶液与玻璃清洁液除去玻璃表面的油污，丙酮和异丙酮除去玻璃表面的有机物质，能够使玻璃表面洁净，不影响后续的处理。
进一步的，S1清洗玻璃包括以下步骤：
S11:将玻璃放入质量分数为3％的氢氧化钠溶液中，浸泡24h；
S12:将浸泡好的玻璃清水冲洗去表面氢氧化钠，加入玻璃清洁液清洗，除去表面油污；
S13:将清洗好的玻璃放入烧杯中，加入丙酮，置于超声波清洗机中清洗15min；
S14:冲洗去玻璃表面的丙酮，加入异丙醇，置于超声波清洗机中清洗15min；
S15:冲洗去玻璃表面的异丙醇，加入去离子水，置于超声波清洗机中清洗至水直到水在玻璃表面上既不聚成水滴，也不成股流下，而是形成一层均匀的薄膜时，用氮气将玻璃吹干。
通过采用上述技术方案，通过多次冲洗，洗去玻璃表面的油污以及有机物质，并采用超声波清洗，将玻璃表面微小的缝隙中的杂质清洗干净，使后续添加疏水膜时，能够与玻璃表面充分贴合。
进一步的，S2炭黑烘烤包括以下步骤：
S21:点燃一支蜡烛，用镊子夹持已清洗过的玻璃在蜡烛火焰的上方均匀烘烤30min，使炭黑在玻璃表面均匀覆盖一层；
S22:将玻璃翻面，使玻璃的另一面在蜡烛火焰的上方均匀烘烤30min，直至炭黑覆盖整个玻璃。
通过采用上述技术方案，通过烘烤的方式，将结构在200nm以下的纳米炭黑粒子链沉积在玻璃表面，形成一层支纳米级支撑物使形成的疏水膜也为纳米级的厚度。
进一步的，S4退火包括以下步骤：
S41:将S3中的大烧杯取出，将小烧杯取出，将大烧杯放入退火炉中，退火过程中反应室的温度设置参数为升温4℃/min，高温保温120min，起始降温速率为3℃/min；
S42:温度降低到200℃时，将烧杯放置于室温降温，降温至室温。
通过采用上述技术方案，通过高温退火将玻璃表面的炭黑氧化，这样能够使炭黑消失，使玻璃通透，并在玻璃表面形成一层纳米级的二氧化硅球壳链。
进一步的，S5低表面能物质修饰包括以下试剂：六甲基二硅胺。
通过采用上述技术方案，六甲基二硅胺无色透明，将其修饰在纳米级二氧化硅球壳链的表面，使玻璃表面平整光滑。
进一步的，S5低表面能物质修饰包括将退火后的玻璃放入大烧杯中，将六甲基二硅胺加入小烧杯中，再将二者一同放入烘箱中，调整温度为90℃，烘烤30min。
通过采用上述技术方案，将表面能较低的六甲基二硅胺修饰在纳米级二氧化硅球壳表面，形成一层疏水膜，达到疏水玻璃的效果。
综上所述，本发明具有无腐蚀性的有益效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种疏水玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1:清洗玻璃；
S2:炭黑烘烤；
S3:化学气象沉积；
S4:退火；
S5:低表面能物质修饰。
其中，S1包括以下步骤：
S11:将玻璃放入质量分数为3％的氢氧化钠溶液中，浸泡24h；
S12:将浸泡好的玻璃清水冲洗去表面氢氧化钠，加入玻璃清洁液清洗，除去表面油污；
S13:将清洗好的玻璃放入烧杯中，加入丙酮，置于超声波清洗机中清洗15min；
S14:冲洗去玻璃表面的丙酮，加入异丙醇，置于超声波清洗机中清洗15min；
S15:冲洗去玻璃表面的异丙醇，加入去离子水，置于超声波清洗机中清洗至水直到水在玻璃表面上既不聚成水滴，也不成股流下，而是形成一层均匀的薄膜时，用氮气将玻璃吹干。
其中，S2包括以下步骤：
S21:点燃一支蜡烛，用镊子夹持已清洗过的玻璃在蜡烛火焰的上方均匀烘烤30min，使炭黑在玻璃表面均匀覆盖一层；
S22:将玻璃翻面，使玻璃的另一面在蜡烛火焰的上方均匀烘烤30min，直至炭黑覆盖整个玻璃。
其中，S3包括以下步骤：
S31:将烘烤有炭黑的玻璃放入大烧杯中，将正硅酸乙酯与氨水分别加入两个小烧杯中；
S32:将小烧杯放入装有烘烤过的玻璃的大烧杯中，用保鲜膜密封，反应24h。
其中，S4包括以下步骤：
S41:将S3中的大烧杯取出，将小烧杯取出，将大烧杯放入退火炉中，退火过程中反应室的温度设置参数为升温4℃/min，高温保温120min，起始降温速率为3℃/min；
S42:温度降低到200℃时，将烧杯放置于室温降温，降温至室温。
其中，S5包括将退火后的玻璃放入大烧杯中，将六甲基二硅胺加入小烧杯中，再将二者一同放入烘箱中，调整温度为90℃，烘烤30min。
实施例1：其他步骤相同，退火温度设置为450℃；
实施例2：其他步骤相同，退火温度设置为500℃；
实施例3：其他步骤相同，退火温度设置为600℃；
实施例4：其他步骤相同，退火温度设置为650℃；
实施例5：其他步骤相同，退火温度设置为700℃；
实施例6：其他步骤相同，二氧化硅沉积时间为2h；
实施例7：其他步骤相同，二氧化硅沉积时间为4h；
实施例8：其他步骤相同，二氧化硅沉积时间为6h。
性能测试试验
1、炭黑的氧化程度
实施例1：炭黑未完全氧化；
实施例2：炭黑完全氧化，玻璃未发生变形；
实施例3：炭黑完全氧化，玻璃未发生变形；
实施例4：炭黑完全氧化，玻璃弯曲软化；
实施例5：炭黑完全氧化，玻璃表面出现大量裂纹。
结合实施例1-5可知，当其他条件不变，退火的温度在500-600℃之间较为合适，在制作疏水玻璃的时候要使炭黑完全氧化，也要保持玻璃的表面的平坦，当退火温度在500-600℃之间时，随着温度的升高，沉积在玻璃表面的二氧化硅烧结的更好。
2、玻璃形态试验
实施例6：玻璃表面200nm以下的二氧化硅球壳连在一起，形成网状，网格之间具有大量的孔隙，形成的涂层特别薄；
实施例7：二氧化硅球壳表面与炭黑表面形貌基本一致，球壳比退火前略微缩小，涂层较为紧密；
实施例8：炭黑的球链结构基本被二氧化硅壳覆盖，形成一层纳米复合结构，涂层紧密。
结合实施例6-8,可知当其他条件一定，当二氧化硅沉积时间为4h的时候，得到的疏水玻璃疏水性能较好。当二氧化硅沉积时间为2h的时候，沉积在炭黑表面的二氧化硅较少，炭黑表面只有一部分二氧化硅连在一起，退火时炭黑氧化，生成二氧化碳气体，喷出玻璃表面，没有连在一起的二氧化硅容易被二氧化碳气流喷出玻璃表面，使形成的二氧化硅涂层特别薄，疏水性能较差。当二氧化硅沉淀时间为4h的时候，退火之前二氧化硅包裹炭黑，并没有完全将炭黑封闭在里面，形成的二氧化硅球壳不是闭合的，在退火过程中炭黑氧化生成气体，包裹在炭黑表面的二氧化硅部分塌陷和烧结，使原本松散的包裹在炭黑表面的二氧化硅变得致密，二氧化硅球也有一定的缩小玻璃表面涂层厚度较大，而且表面孔隙也较高，疏水性能较好。当二氧化硅沉积时间为6h的时候，形成的二氧化硅球壳结构经过修饰后，疏水性较好，但是透光性较差。综上所述，二氧化硅的沉积时间为4h时，得到的疏水玻璃疏水性能较好。
3、透光率试验
实施例6：玻璃透光率为87％；
实施例7：玻璃透光率为81％；
实施例8：玻璃透光率为70％；
结合实施例6-8可知，当其他条件不变的情况下，二氧化硅的沉积时间为2h的时候，玻璃的透光率最佳。当二氧化硅的沉积时间为2h的时候，玻璃表面的涂层较薄，球壳链之间的空隙较大，涂层对可见光的透过几乎没有影响。当二氧化硅的沉积时间为4h的时候，涂层厚了一些，但是对疏水玻璃的透光率影响并不大。当二氧化硅沉积时间为6h的时候，大量二氧化硅附着在玻璃表面，形成一层厚厚的二氧化硅球壳，球壳之间被二氧化硅填满，空隙较少，透光率较差。
综合上述试验结果，退火温度控制在500-600℃之间，二氧化硅沉积时间为4h时，疏水玻璃的综合性能较好。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。