[发明专利]一种自清洁亲水复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于自清洁材料领域，尤其涉及一种自清洁亲水复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，现有技术中解决玻璃制品表面起雾问题的方法主要有两种：一种是制备超亲水自清洁薄膜玻璃，另一种是制备超疏水自清洁薄膜玻璃。超疏水薄膜具有荷叶效应，薄膜上的微小水滴能自动聚集成大水滴，当水滴足够大时，在水滴自身重力作用或风吹等外力作用下脱离薄膜表面，使玻璃表面不被水滴附着；即超疏水薄膜表面的水滴需借助自身重力或外力作用才能去除，当其表面水滴很小时则无法去除，因此应用受到限制。超亲水薄膜表面，水滴可迅速铺展形成水膜，水滴越多，水膜越均匀，均匀的水膜不影响玻璃制品的外观，在水膜流动的过程中还可带走玻璃表面的污渍，这一过程是自发的，不需要借助外力的作用，因此玻璃制品表面的超亲水防雾薄膜已经越来越受到人们的重视。

玻璃制品潮湿环境下还存在表面容易滋生细菌的问题。目前，主要通过涂覆具有抗菌、杀菌功能的有机或无机涂层来实现。常用的抗菌材料主要有纳米金属材料、光催化氧化物抗菌材料和稀土复合抗菌材料。其中光催化氧化物的应用最为广泛，但其缺点是需要阳光的照射才具有超亲水和抗菌功能。

相对于现有技术的单一功能，同时具有超亲水防雾、抗菌作用和防尘作用的无机薄膜是自清洁玻璃发展的前沿方向。目前制备无机超亲水防雾薄膜的材料主要有TiO₂和SiO₂，但TiO₂需要阳光的照射才具有超亲水和防雾功能，而SiO₂不具有抗菌功能，且超亲水功能的有效性不长久。

发明内容

本发明解决了现有技术中自清洁玻璃表面的功能膜层存在的功能单一、不能同时兼具超亲水防雾、抗菌和防尘作用、以及超亲水的有效性时间较短的技术问题。

本发明提供了一种自清洁亲水复合材料，所述自清洁亲水复合材料包括透明基材和位于透明基材表面的复合薄膜；所述复合薄膜由内部具有空腔的中空微球组成，所述中空微球的球壳材料为复合粒子；所述复合粒子为核壳包覆结构，其中核材料为SiO₂纳米颗粒，壳材料为TiO₂，壳材料TiO₂的粒径小于核材料SiO₂的粒径。

本发明还提供了所述自清洁亲水复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S10、将带负电荷的PS球形纳米粒子通过静电吸附作用在表面吸附包裹复合聚电解质，然后浸于复合粒子的悬浮液中，在复合聚电解质表面继续吸附包裹复合粒子；所述复合粒子为核壳包覆结构，其中核材料为SiO₂纳米颗粒，壳材料为TiO₂，壳材料TiO₂的粒径小于核材料SiO₂的粒径；

S20、交替重复步骤S10 中包裹吸附复合聚电解质和复合粒子的步骤1-5次，得到PS表面交替吸附有若干层复合聚电解质和若干层复合粒子的悬浮液体系；

S30、对透明基材表面进行活化处理，然后通过静电吸附作用在透明基材表面吸附复合聚电解质；

S40、将步骤S30得到的表面吸附有复合聚电解质层的透明基材整体浸入步骤S20得到的悬浮液体系中，使透明基材表面的复合聚电解质层表面吸附上复合粒子层；

S50、根据膜层厚度需要，交替重复步骤S30中的吸附复合聚电解质步骤和步骤S40；

S60、对经过步骤S50的透明基材整体进行烧结，得到所述自清洁亲水复合材料。

本发明提供的自清洁亲水复合材料，通过从微观结构上改善薄膜结构，即采用中空微球组成薄膜层，而中空微球本身的球壳材料又采用核壳包覆结构（TiO₂包覆SiO₂纳米颗粒），得到的特殊结构的纳米形态，可使该薄膜具有防尘功能，同时复合粒子为TiO₂包覆SiO₂纳米颗粒，其具有超亲水、抗菌作用，使得本发明提供的复合材料同时兼具有超亲水防雾、抗菌和防尘作用，且超亲水的有效性时间也得到延长。本发明提供的所述自清洁亲水复合材料的制备方法，通过静电吸附和浸涂实现，工艺简单可控。     

附图说明

图1是本发明实施例提供的自清洁亲水复合材料的结构示意图。

图2是中空微球2的剖视图。

图3是复合粒子21的剖视图。