CN103756460B

CN103756460B - 纳米级防水薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN103756460B
Application number: CN201410022056.7A
Authority: CN
Inventors: 蒙其伟; 汪文珍
Original assignee: Albert Nine Shenzhen Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Albert Nine Shenzhen Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-19
Filing date: 2014-01-19
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2034-01-19
Also published as: CN103756460A

Abstract

本发明公开了一种纳米级防水薄膜及其制备方法，该防水薄膜主要由以下原料按重量百分比配比组成：纳米氟聚合物粒子30‑60%，聚硅氧烷0.1‑8%，聚氨酯5‑15%，无味溶剂40‑70%，硅灰石纤维1‑10%，纳米二氧化钛0.5‑5%，纳米氧化锌1‑8%和添加剂0.2‑1.5%；其中，纳米氟聚合物粒子的粒径在50‑100nm之间。本发明在电子产品上形成纳米级的透明薄膜，液体接触该薄膜就会凝结成水珠自动滚落，使得该电子产品在水中与正常状态使用中具有完全相同的功能。该纳米级薄膜可防止物体遭受潮湿空气、汗水液和水分等的腐蚀，而且不影响电子产品的外观，不会引起电子产品本身性质、重量、光学性能等特性的变化。

Description

纳米级防水薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子防水领域，尤其涉及一种纳米级防水薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电子3C产品对于耐用性要求的提升，防水处理成为不少电子产品的选择。目前大多数户外专用的“三防”电子产品都会强调其防水性。不过现有市面上大多数电子产品的防水技术是通过特殊处理的外壳或保护套实现防水，这种防水技术在使用过程中存在以下缺陷：

1）外壳或保护套虽然能起到一定的防水作用，但是该防水结构在长时间的使用之后或一定的水压下会出现缝隙，从而导致漏水，进而水、饮料、油雾等液体就会进入电子产品内部，那么轻则会损坏电子产品内部的部分配置，如电路板、内存等，从而会影响正常的操作及使用的可靠性；重则会导致整个电子产品报废，无论从消费者个人的利益角度还是从社会资源角度来将都是一种损失。

2）外壳或保护套增大了电子产品的体积，使得电子产品的本身性质、重量、电器性能等特性均发生变化，影响电子产品的音频、光学器件的使用效果。

3）这种防水处理提高了电子产品的生产成本和生产难度，而且无法有效延长电子产品的使用寿命。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种纳米级防水薄膜及其制备方法，在电子产品上形成纳米级的薄膜，从而防止物体遭受潮湿空气、汗水液和水分等的腐蚀，而且不影响电子产品的外观，不会引起电子产品本身性质、重量、光学性能等特性的变化。

为实现上述目的，本发明提供一种纳米级防水薄膜，主要由以下原料按重量百分比配比组成：纳米氟聚合物粒子30-60%，聚硅氧烷0.1-8%，聚氨酯5-15%，无味溶剂40-70%，硅灰石纤维1-10%，纳米二氧化钛0.5-5%，纳米氧化锌1-8%和添加剂0.2-1.5%；其中，所述纳米氟聚合物粒子的粒径在50-100nm之间。

其中，所述添加剂包括0.1-1%分散剂和0.1-0.5%的防腐剂。

，所述纳米氟聚合物粒子中氟元素含量在10-20%之间。

，所述纳米氟聚合物粒子选自聚四氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯全氟烷基乙烯醚的共聚物、四氟乙烯与乙烯共聚物和乙烯三氟乙烯共聚物中的一种或多种。

，所述纳米二氧化钛的颗粒直径在10-50nm之间，所述纳米氧化锌的颗粒直径在10-100nm之间。

，所述分散剂为乙烯基磺酸钠、草酸、草酸钠和三乙醇胺中的一种或多种。

其中，所述纳米级防水薄膜按如下重量配比组成：纳米氟聚合物粒子30%，聚氨酯15%，聚硅氧烷2%，无味溶剂43%，硅灰石纤维4%，纳米二氧化钛2%，纳米氧化锌3%，分散剂0.8%和防腐剂0.2%。

为实现上述目的，本发明还提供一种纳米级防水薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照重量配比，将30-60%的纳米氟聚合物粒子、0.1-8%的聚硅氧烷和部分无味溶剂加入反应釜中进行搅拌，直至完全溶解；

步骤2，将5-15%的聚氨酯加入反应釜中继续搅拌，直至聚氨酯完全溶解；

步骤3，将0.5-5%的纳米二氧化钛和1-8%的纳米氧化锌加入到反应釜中，并将剩余的无味溶剂补充入，通过超声波分散处理直至反应釜中无颗粒；

步骤4，加入1-10%的硅灰石纤维和0.2-1.5%的添加剂，搅拌至完全溶解，静止20min后，即得到防水液；

步骤5，选择需要进行防水处理的电子产品，并去除电子产品表面上的各类油污杂质；

步骤6，在真空无尘的环境下，经过超音波震荡将防水液喷涂在电子产品上；

步骤7，将喷涂完成的电子产品置于真空脱泡机中进行脱泡；

步骤8，对已脱泡处理的电子产品进行激光退火处理，即在电子产品形成对该电子产品进行封装的纳米级薄膜，该纳米级薄膜的厚度在5-30nm之间。其中，所述步骤8中激光退火的温度在100-300度之间，时间在30-50min之间。

与现有技术相比，本发明提供的纳米级防水薄膜及其制备方法，具有如下有益效果：

1）将纳米氟聚合物粒子和聚硅氧烷在无味溶剂中结合，单纯依靠氟聚合物粒的增加对薄膜的疏水性能的提高是不明显的，本发明中将两者适量结合，使得两者混合形成的高分子复合体汇集了有机物和无机物的功能为一体，该高分子复合体的分子间作用力小且分子的高柔顺态又使得该溶液具有很低的表面张力、很高的透光性和很强的疏水性及拒油性。通过两者有良好的协同作用，可以大大提高薄膜的疏水性能，也即防水性能，达到了超疏水的效果。

2）采用纳米氟聚合物粒子，且其粒径在50-100nm之间，使得通过上述方制备得到的薄膜，其厚度可达纳米级，采用该范围的粒子，形成的薄膜透光性和光泽度均为较佳的。

3）由上述原材料制成的防水液不但防水，同时还可以抗酸碱、耐腐蚀、具有很强的散热性，在工作过程中，可作为散热件对电子产品内部的元器件的热量进行及时散发；且由于其具有高透光性，也不会影响到光学镜头的清晰度。

4）在真空无尘的环境下，经过超音波震荡将防水液喷涂在电子产品上，由于该防水液的厚度达到纳米级，因此可以渗透到电子产品的空隙内，喷涂完成后再经过激光退火处理对电子产品进行完美封装，在电子产品上形成纳米级的透明薄膜，液体接触该薄膜就会凝结成水珠自动滚落，使得该电子产品在水中与正常状态使用中具有完全相同的功能。该纳米级薄膜可防止物体遭受潮湿空气、汗水液和水分等的腐蚀，而且不影响电子产品的外观，不会引起电子产品本身性质、重量、光学性能等特性的变化。

5）该薄膜的制备材料简单、工艺设备要求低、操作流程便捷，符合环保要求，且可进行大批量的生产，对电子领域具有划时代的意义。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面对本发明作进一步地描述。

本发明提供的纳米级防水薄膜，主要由以下原料按重量百分比的配比组成：主要由以下原料按重量百分比配比组成：纳米氟聚合物粒子30-60%，聚硅氧烷0.1-8%，聚氨酯5-15%，无味溶剂40-70%，硅灰石纤维1-10%，纳米二氧化钛0.5-5%，纳米氧化锌1-8%和添加剂0.2-1.5%；添加剂包括0.1-1%分散剂和0.1-0.5%的防腐剂；其中，纳米氟聚合物粒子的粒径在50-100nm之间。

在本实施例中，纳米氟聚合物粒子中氟元素含量在10-20%之间。即是氟元素含量占纳米氟聚合物粒子中重量的10-20%之间，其中最佳的含量是14.5%。聚硅氧烷与纳米氟聚合物粒子的聚反应，使得纳米氟聚合物粒子中的分子链加长，氟元素所处分子链的化学环境稳定，随着氟元素含量的增大，纳米氟聚合物粒子的表面迁移伸展性能随着变化，在氟元素含量为14.5%时，这种性能达到最佳，有助于提高薄膜的防水性能。

纳米氟聚合物粒子选自聚四氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯全氟烷基乙烯醚的共聚物、四氟乙烯与乙烯共聚物和乙烯三氟乙烯共聚物中的一种或多种。纳米氟聚合物粒子还可以是聚三氟氯乙烯、聚偏氯乙烯或聚氟乙烯或含氟单体或者是上述聚合物的改性产物，如果是对纳米氟聚合物粒子类型的改变，均落入本发明的保护范围内。

在本实施例中，纳米二氧化钛的颗粒直径在10-50nm之间，纳米氧化锌的颗粒直径在10-100nm之间。纳米二氧化钛和纳米氧化锌是经过偶联剂改性的，改性之后增强了疏水性，且配方中加入纳米二氧化钛，可直接利用太阳光、紫外光、彻底分解配方中有机或无机的有毒污染物，具有杀菌环保的性能。在配方中使用的无味溶剂具有无臭味、低芳烃、低碳、无毒环保、溶解力强、挥发性能好等特性，加入无味溶剂后，使得该防水液具有无味的特点，产品更环保，质量更有保证。

在本实施例中，分散剂为乙烯基磺酸钠、草酸、草酸钠和三乙醇胺中的一种或多种。通过分散剂的作用，使得防水液分布均匀，厚度均匀。

基于上述的原料配比，本发明还提供一种纳米级防水薄膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，按照重量配比，将30-60%的纳米氟聚合物粒子、0.1-8%的聚硅氧烷和部分无味溶剂加入反应釜中进行搅拌，直至完全溶解；；在该步骤中聚硅氧烷主链是由-Si-O-键构成的，硅原子中至少有一个化学键与纳米氟聚合物粒子的氟离子相连，使两种聚合物通过分子链相互缠绕、化学交联在一起可形成综合性能优异的高分子复合体。在相同工艺条件下，单纯的依靠氟聚合物粒子的增加对疏水性能的提高并不是很明显，这是因为薄膜中的-CR基团已经达到了一定的趋表能力，再增加氟聚合物含量，薄膜表面上的-CF基团数量不会增加，即是说明了氟聚合物含量增加到一定的程度后，疏水性能基本不再增加；而本发明是加入少量的聚硅氧烷，疏水性能有明显的提高，这是因为聚硅氧烷与氟聚合物粒子有良好的相容性，且选择30-60%的纳米氟聚合物粒子与0.1-8%的聚硅氧烷的配合，薄膜的疏水性能得到了大大的提高，达到了超疏水的效果。

第二步，将聚氨酯加入反应釜中继续搅拌，直至聚氨酯完全溶解；聚氨酯与高分子复合体具有良好的相容性，混合改性后的混合液具有很低的表面张力和突出的表面疏水性，还具有防潮防腐蚀及化学稳定等优异性能。

第三步，将纳米二氧化钛和纳米氧化锌加入到反应釜中，并将剩余的无味溶剂补充入，通过超声波分散处理直至反应釜中无颗粒；采用超声波分散技术，使得混合液中的液体厚度均能空化至纳米级以下。

第四步，加入硅灰石纤维和添加剂，搅拌至完全溶解，静止20min后，即得到防水液；硅灰石纤维的加入，使得水分可在防水液表面快速蒸发，使得该防水液薄膜干燥快速，干燥快速比普通涂料快30%。

第五步，选择需要进行防水处理的电子产品，并去除电子产品表面上的各类油污杂质；这里的电子产品可以是手机、MP3、MP4、电脑、移动电源、充电器等日常消费品领域，也可以是汽车领域、军事装备及引擎、工业、建筑领域，还可以是太阳能、通讯设备、LED防水、精密IC封装、电路版集成、汽车电子等种种高科技领域，只要涉及到需要进行防水处理的电子产品均可采用本发明制备的防水液进行防水处理。

第六步，在真空无尘的环境下，经过超音波震荡将防水液喷涂在电子产品上；在超音波震荡的处理下，使得防水液可均匀的喷涂在电子产品上，且与电子产品融为一体，喷涂后的防水液在电子产品上形成一纳米级的薄膜，完全不影响电子产品的外观。

第七步，将喷涂完成的电子产品置于真空脱泡机中进行脱泡；该电子产品上形成的薄膜上存在的气泡也是纳米级的，脱泡的真空度控制在0.08-0.12Mpa之间，脱泡时间在2-4min。脱泡处理后的电子产品其表面是光滑平整的，使用效果更好。

第八步，对已脱泡处理的电子产品进行激光退火处理，即在电子产品形成对该电子产品进行封装的纳米级薄膜，该纳米级薄膜的厚度在5-30nm之间。该步骤中激光退火的温度在100-300度之间，时间在30-50min之间。激光退火是采用激光束的热效应将脱泡后的防水液完全贴覆在电子产品的表面上，使得该电子产品的外表面及其内部的空隙上均成型有纳米级薄膜，使得该纳米级薄膜不仅能够对电子产品的外壳进行保护，而且可以对电子产品内部不耐水的部分进行保护。

实施例1：

第一步，按重量配比选取纳米氟聚合物粒子30%、聚硅氧烷2%和无味溶剂30%加入反应釜中进行搅拌，直至完全溶解；第二步，将聚氨酯15%加入反应釜中继续搅拌，直至聚氨酯完全溶解；第三步，将纳米二氧化钛2%和纳米氧化锌3%加入到反应釜中，并将剩余的无味溶剂13%补充入，通过超声波分散处理直至反应釜中无颗粒；加入硅灰石纤维4%，分散剂0.8%和防腐剂0.2%，搅拌至完全溶解，静止20min后，即得到防水液。再进行上面的第五至第八步骤，即形成纳米级薄膜。

实施例2：

第一步，按重量配比选取纳米氟聚合物粒子45%、聚硅氧烷5%和无味溶剂30%加入反应釜中进行搅拌，直至完全溶解；第二步，将聚氨酯15%加入反应釜中继续搅拌，直至聚氨酯完全溶解；第三步，将纳米二氧化钛2%和纳米氧化锌3%加入到反应釜中，并将剩余的无味溶剂15%补充入，通过超声波分散处理直至反应釜中无颗粒；加入硅灰石纤维4%，分散剂0.8%和防腐剂0.2%，搅拌至完全溶解，静止20min后，即得到防水液。再重复进行上面的第五至第八步骤，即形成纳米级薄膜。

实施例3：

第一步，按重量配比选取纳米氟聚合物粒子35%、聚硅氧烷2%和无味溶剂34%加入反应釜中进行搅拌，直至完全溶解；第二步，将聚氨酯11%加入反应釜中继续搅拌，直至聚氨酯完全溶解；第三步，将纳米二氧化钛1%和纳米氧化锌5%加入到反应釜中，并将剩余的无味溶剂10%补充入，通过超声波分散处理直至反应釜中无颗粒；加入硅灰石纤维5.5%，分散剂1%和防腐剂0.5%，搅拌至完全溶解，静止20min后，即得到防水液。再重复进行上面的第五至第八步骤，即形成纳米级薄膜。

实验一：

为评估该纳米级薄膜的防水效果，以IPhone5为例，采用以下试验方法进行实验，确定该薄膜防水的方法是通过可接受的技术，如静态固有滴液法或动态固有滴液法等，将水施加到薄膜表面时，该薄膜的水接触角，通过从水底的底部下方确定水滴的底部与与表面形成的角度可测量该薄膜表面的疏水性，例如使用杨氏方程：

其中是最高或前进接触角，是最低或后退接触角；

和

如果表面是亲水的，则水将会稍微渗开，与表面形成小于90度的水接触角；相比之下，疏水表面将会防止水渗开，导致90度或更大的水接触角，表面上的水珠越多，水接触角越大。当水滴在表面上形成水珠从而与表面的水接触角大约为120度或更大时，该表面被视为高度疏水；当水接触表面的角度超过150度时，即水滴几乎为球形，被称为超疏水。

在经过防水液喷涂后IPhone5上滴下水滴，采用该杨氏测防水方法，测得该水滴在经过防水液喷涂后IPhone5的表面上，其水接触角度为180度，即说明该防水薄膜为完全疏水。

实验二：

选取两组IPhone5，经过防水液喷涂的一组为A组，未经过任何处理的为组，将这两组手机均放入25m水深的透明水槽中30min，分时间段与这两组手机进行通讯，其通讯状况如下表：

上述两组手机，B组一进水就无法使用了，A组照常使用，30 min后，取出该手机，与未入水前相同，该组实验证明，通过该防水液的喷涂后，该手机达到在水中与正常状态使用中完全相同的功能。当然，甚至可以防止更深的水中，该薄膜的制得，使得消费者不再为3C电子产品的防水问题所困扰了。

本发明提供的纳米级防水薄膜及其制备方法，具有如下优势：

3）纳米二氧化钛和纳米氧化锌的使用，纳米二氧化钛具有良好的分散性和耐候性，纳米氧化锌具有很强的光化学效果和遮蔽紫外线性能，采用超声波分散技术将这两者在溶液中混合均匀，使得这些纳米粒子中的分散性能好、防紫外线性能好、疏水性能进一步提高。

4）由上述原材料制成的防水液不但防水，同时还可以抗酸碱、耐腐蚀、具有很强的散热性，在工作过程中，可作为散热件对电子产品内部的元器件的热量进行及时散发；且由于其具有高透光性，也不会影响到光学镜头的清晰度。

5）在真空无尘的环境下，经过超音波震荡将防水液喷涂在电子产品上，由于该防水液的厚度达到纳米级，因此可以渗透到电子产品的空隙内，喷涂完成后再经过激光退火处理对电子产品进行完美封装，在电子产品上形成纳米级的透明薄膜，液体接触该薄膜就会凝结成水珠自动滚落，使得该电子产品在水中与正常状态使用中具有完全相同的功能。该纳米级薄膜可防止物体遭受潮湿空气、汗水液和水分等的腐蚀，而且不影响电子产品的外观，不会引起电子产品本身性质、重量、光学性能等特性的变化。

6）该薄膜的制备材料简单、工艺设备要求低、操作流程便捷，符合环保要求，且可进行大批量的生产，消费者不再为3C电子产品的防水问题所困扰，对电子领域具有划时代的意义。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种纳米级防水薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤7，将喷涂完成的电子产品置于真空脱泡机中进行脱泡；

步骤8，对已脱泡处理的电子产品进行激光退火处理，即在电子产品形成对该电子产品进行封装的纳米级薄膜，该纳米级薄膜的厚度在5-30nm之间。

2.根据权利要求1所述的纳米级防水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤7中脱泡的真空度控制在0.08-0.12MPa之间，脱泡时间在2-4min。

3.根据权利要求1所述的纳米级防水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤8中激光退火的温度在100-300度之间，时间在30-50min之间。