CN103332961A

CN103332961A - 一种聚乙烯醇亲水涂层的制备工艺

Info

Publication number: CN103332961A
Application number: CN2013102544640A
Authority: CN
Inventors: 马学虎; 邵寅璐; 兰忠; 白涛; 袁瑞玲
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2013-10-02

Abstract

一种聚乙烯醇防雾涂层的制备工艺，属于表面改性领域。其将具有防雾作用的物质聚乙烯醇涂覆到基材表面，这种涂层不但与基材的结合力较好，并且不影响基材原有的透光性。本发明的效果和益处是：采用偶联剂引入官能团将基材表面和聚乙烯醇连接在一起制备防雾表面，得到的表面克服了单纯聚乙烯醇在水中浸泡后发生溶胀脱落的缺点，具有较好的耐水性和结合力。

Description

一种聚乙烯醇亲水涂层的制备工艺

技术领域

本发明属于表面改性领域，涉及一种聚乙烯醇亲水性涂层的制备工艺，特别涉及到使用聚乙烯醇对基材表面进行改性，获得与基材结合力较好的涂层，得到的涂层具有防雾，防结露的效果，表面具有较好的铺展润湿性，可以将此技术应用于光学器材或特种功能表面上。

背景技术

透明光学材料，如硅酸盐玻璃，石英玻璃，PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)，PE(聚乙烯)，PC(聚碳酸脂)板，是现代人们生产、生活与工作中不可或缺的材料。过去几十年人们一直致力于解决透明光学材料表面雾化的问题。事实上，雾化现象无所不在，像浴室玻璃，眼镜，护目镜，面罩，双筒望远镜，汽车挡风玻璃，照相机镜头等等都会发生结雾。比如与人们生活息息相关的器具浴室玻璃，在洗热水澡的时候浴室玻璃总是模糊不清，影响人们的视线；佩戴眼睛的人在从寒冷的室外回到温暖的屋内，眼镜会结雾，什么也看不清，这也是让笔者感到很困扰的一个问题。而那些精密光学器件比如红外显微镜，支气管镜，如果它们结雾造成的影响就更令人头疼了，结雾造成的小水滴不但影响视线而且破坏科学实验测得结果的准确性。随着人们物质生活水平的不断提高，怎样提高透明材料的防雾性能、尽量避免结雾这个课题值得人们去深入探讨，并且将具有巨大的实用价值。

有很多专门针对PVA制备防雾涂层或者防雾剂的专利和文献。经常被学者们提到的一种简单的制备含PVA防雾剂的方法是，在水溶液中加入聚乙烯醇和低分子的二元（多元）醇-硼酸盐，搅拌均匀后，可得到一种很稳定的三元型分子化合物，将这种化合物涂布在玻璃板上以后，能形成均匀透明的薄膜，且附着力强，防雾时间长。Song等将聚乙烯醇作为防雾层，水软铝石作为交联剂，其分子结构中的羟基不但能与聚乙烯醇中的羟基反应形成聚合物网状结构，而且能提高涂层的吸湿放湿性，同时能增加涂层的抗水抗有机溶剂性和抗摩擦力的能力，二甲聚硅氧烷作为表面活性剂，不但能提高涂层的吸湿性还能增加涂层的润湿性。制备的涂层防雾时间可达30min，并且较耐水和有机溶剂。

发明内容

本发明要解决的问题是基材表面改性技术，将其应用于光学器材上，以提高表面的防雾性能。

本发明提供一种经济、简便的方法将具有防雾作用的物质涂覆到基材表面至少一面的至少一部分上，这种涂层克服了单独PVA涂层遇水溶胀脱落的缺点，不但耐水好，而且与基底的结合力较好，不影响玻璃原有的透光性。

首先对基材表面进行预处理，之后利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)良好的反应活性，在基材表面引入氨基基团作为锚点，然后利用化学反应在基材表面先后涂覆马来酸酐接枝聚乙烯（PEMA）和聚乙烯醇（PVA）。具体工艺是：

（1）基材上引入锚点：将基材进行基本清洗。之后进行羟基化，用去离子水冲洗干净，取出吹干。对基材进行基本的清洗之后羟基化，随之利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)的反应活性，在基材表面引入氨基基团作为接下来接枝过程的锚点；基材可以选用二氧化硅材料或金属材料。

（2）耦联接枝：采用刮涂法等方法涂覆PEMA和PVA，在基材表面先后涂覆马来酸酐接枝聚乙烯（PEMA）和具有亲水作用的聚乙烯醇（PVA），固化后制备出聚乙烯醇亲水涂层。

上述的羟基化处理，可以选用体积比为2:1的浓硫酸和30%H₂O₂混合溶液进行。氨基化过程中，最好在密闭空间内，采用超声震荡。

本发明首次采用偶联剂引入官能团将基材表面和聚乙烯醇连接在一起制备防雾表面，得到的表面克服了单纯聚乙醇在水中浸泡后发生溶胀脱落的缺点，具有较好的耐水性和结合力。

附图说明

图1是防雾测试效果图。

其中，（a）表示普通玻璃表面，（b）表示涂覆聚乙烯醇亲水防雾涂层的玻璃表面。

图2为防雾涂层的耐水性测试。

其中，（a）表示单独涂覆PVA的玻璃表面，（b）表示涂覆聚乙烯醇亲水防雾涂层的玻璃表面。

图3是撞击高度为2cm时水撞击水平表面铺展特性测试图。

图4是撞击高度为4cm时水撞击水平表面铺展特性测试图。

图5是撞击高度为8cm时水撞击水平表面铺展特性测试图。

其中，（a）表示防雾表面，（b）表示普通玻璃表面。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1

（1）基材预处理：将玻璃片沿横向切割，分为几等份，作为基体。该基体为透明固体物质，具有各向同性，介稳性，可逆渐变性和连续性等性质。首先将盛有去离子水的烧杯置于水浴之中超声水洗5min，然后置于丙酮之中超声水洗5min，然后置于乙醇中超声水洗5min，最后再置于去离子水中超声清洗5min，取出后用吹风机的冷风档吹干。

（2）基材羟基化：将玻璃片放入烧杯中，用量筒称取20mL浓硫酸，缓慢滴加至烧杯中，放在90℃的水浴中预热10min，然后用H₂O₂移液管吸取10mL30%H₂O₂置于烧杯中，在90℃水浴中放置30min后取出，用大量去离子水将玻璃片冲洗干净，之后在去离子水中浸泡3min左右后，取出，用吹风机吹干。将处理后的玻璃片分散放入盛有甲醇的烧杯中进行清洗大约2min，待清洗完全后，在空气中晾干待用。

（3）基材氨基化：将经过预处理的基材浸泡至配置好的硅烷偶联剂溶液中，在密闭环境中放入超声水浴震荡30min，使得玻璃表面与溶液反应，进而被氨基化。之后取出玻璃片，首先用甲醇清洗一次，之后用去离子水清洗2次，最后再用乙醇清洗一次。提前将马弗炉温度设定于110℃，将清洗完全的玻璃片放入其中15min。

（4）涂覆PEMA：将PEMA与丙酮以0.1%（m/v）比例进行配制，放入容量瓶中。将PEMA溶液涂于洁净的玻璃片表面，在马弗炉中95℃进行8h固化，冷却到室温取出。

（5）涂覆PVA：将聚乙烯醇与去离子水以1%（m/v）比例进行配制。将接枝PEMA后的玻璃表面用配置好的PVA溶液进行涂覆，之后置于95℃的马弗炉中进行固化6h，取出。

下式（a）、（b）和（c）分别是涂层制备过程的涂层表面的分子结构，其中，（a）羟基化之后表面结构，（b）氨基化之后表面结构，（c）涂覆PEMA和PVA之后表面结构。

实施例2：性能测试

防雾性能测试：将盛有一定温度水的锥形瓶放置在写了字的纸上，将表面放在锥形瓶的上方，用肉眼透过表面观察写了字的纸张，以是否能看清楚字来表征表面是否具有防雾功能。

铺展特性测试：利用液滴撞击水平表面的实验考查了液滴撞击防雾表面和普通玻璃表面的铺展特性。结果发现，防雾玻璃表面液滴的平衡铺展直径随着下落高度的增大而增大且增大幅度较大，而普通玻璃的平衡铺展直径增大幅度较小。液滴在防雾表面下落后铺展直径会稍稍变大，而普通玻璃表面的最大铺展直径为下落铺展直径，随后大幅度减小。可见在同样的下落高度下，防雾表面同普通玻璃相比，铺展效果更好，并且下落高度越高，防雾涂层的这个效果就越好。

Claims

1.一种聚乙烯醇亲水涂层的制备工艺，利用基材上引入锚点、耦联接枝等技术，将聚乙烯醇涂覆到基材表面，其特征包括以下步骤：

（1）基材上引入锚点：对基材进行基本的清洗之后羟基化，随之利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)的反应活性，在基材表面引入氨基基团作为接下来接枝过程的锚点；

（2）耦联接枝：在基材表面先后涂覆马来酸酐接枝聚乙烯（PEMA）和具有亲水作用的聚乙烯醇（PVA），固化后制备出聚乙烯醇亲水涂层。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：用体积比为2:1的浓硫酸和30%H₂O₂混合溶液进行羟基化。

3.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：氨基化过程中要在密闭空间内，采用超声震荡。

4.根据权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于：涂覆PEMA和PVA，采用刮涂法。

5.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：涂覆PEMA和PVA，采用刮涂法。

6.根据权利要求1、2或5所述的制备工艺，其特征在于：所述的基材为二氧化硅材料或金属材料。

7.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：所述的基材为二氧化硅材料或金属材料。

8.根据权利要求4所述的制备工艺，其特征在于：所述的基材为二氧化硅材料或金属材料。