CN105365311A - 超亲水性防雾膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机防雾膜，采用“上疏下亲型”双层膜结构，涂覆在基体表面的下层膜是由亲水性聚合物或者含有亲水性链段的聚合物分子构成，位于下层膜表面的上层膜是由低表面能的材料构成，上层膜和下层膜之间通过范德华力、氢键力、静电力以及共价化学键中的一种作用力或者几种作用力的组合而结合在一起。与现有技术相比，本发明有机防雾膜具有防雾和防污双重效果，防雾效果持久有效，对基体无特殊要求，适用范围广，可应用于玻璃、金属、陶瓷等多种基体表面。
Description
技术领域
本发明涉及基体表面的防雾技术领域，特别涉及一种有机亲水防雾膜。
背景技术
日常生活当中，例如眼镜、车窗玻璃、卫生间镜子、建筑内外窗玻璃、农业大棚等各种基体，在高温度差或者高湿度差的地方往往会出现结雾而影响生活生产中的使用，甚至会造成大量人力及物力的损失。例如，冬天佩戴眼镜由较低温度的室外进入较高温度的室内时，镜片上会不可避免地产生一层雾气，影响正常的行动；同样，车窗玻璃会在潮湿阴冷或多雨季节里产生窗雾，影响司机驾驶；另外，农业大棚往往会因棚内水汽蒸发而结雾，影响棚内植物的阳光摄入，从而影响植物的正常生长。
由此可见，基体表面结雾的现象会给日常生活及生产带来巨大的影响，而研究基体表面的防雾膜是解决该问题的有效方法，具有很重要的应用价值。
目前，主要通过两种途径获得防雾性能：一种是基于疏水性防雾方法，另一种是基于亲水性防雾方法。疏水性防雾方法是利用水滴在低表面能表面接触较大，能够自由滚动离开表面，从而达到防雾效果，然而超疏水表面获得较难因而开发较少。亲水性防雾方法是利用水在亲水表面极易铺展开来形成透明的水膜而起到防雾效果。具体而言，构建亲水防雾方法有：1利用表面活性剂法；2无机溶胶法；3亲水型高分子法；4TiO2超亲水涂层法。但是，亲水性防雾方法都遭受一个致命的问题，即亲水表面容易被油、灰尘等污染，进而失去防雾功能，因而需要在使用一定时间后再次喷涂，在实际使用过程中带来许多不便，另外TiO2超亲水涂层需要在光照下才能发挥作用，因而使用受环境所制约。
因此，开发一种不受使用环境制约、能够抗污染、具有长效性、低成本的新型防雾膜是十分有意义的。
发明内容
因此，开发一种不受使用环境制约、能够抗污染、具有长效性、低成本的新型防雾膜是十分有意义的。
本发明要解决的技术问题是针对上述技术现状的不足，提供一种有机防雾膜，该有机防雾膜具有防雾性能佳、防油和灰尘污染、表面光透过率高、粘附力强以及适用基体范围广的优点。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种有机防雾膜，采用“上疏下亲型”双层膜结构，涂覆在基体表面的下层膜是由亲水性聚合物或者含有亲水性链段的聚合物分子构成，位于下层膜表面的上层膜是由低表面能的材料构成，上层膜和下层膜之间通过范德华力、氢键力、静电力以及共价化学键中的一种作用力或者几种作用力的组合而结合在一起。
所述的上层膜是由含氟材料或者有机硅材料构成。所述的含氟材料是指有机分子或者聚合物中的氢原子部分或者全部被氟原子所取代而形成的材料，所述的有机硅材料是指含有R1R2R3SiO1/2、R1R2SiO或者R1SiO3/2链段的材料，其中R1，R2，R3分别为C6H5-、CnH2n+1，CmF2m+1或者CmF2m+1CH2n-，n是0到20的整数，m是1到20的整数。
所述的含氟材料是指含有CnF2n+1、CF3-CF2CF2-CH2CH2n-、CF3-CF2CH2n-、CF3-C2F3Cln-、CF3-CF2CF2-CF2CFCF3n-、CF3-CF2CFCF3n，CF3-CF2nCH2m-或者单元的有机分子或聚合物，其中n，m是0到10000之间的整数，优选1到100之间的整数。
所述的亲水性聚合物包含但不限于聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮等具有较好亲水性能的聚合物中的一种、两种以上的组合物或者其改性聚合物构成。对于本领域工作者而言，亲水聚合物和向亲水聚合物中加入其它聚合物或对亲水聚合物进行改性，以提高亲水聚合物成膜性质或粘结性能都是众所周知的，这些改变并没有超出本发明的下层亲水膜的范围。
为了提高涂层的耐溶剂性能，优选上述聚四亚甲基醚二醇的分子量是600～50000，聚乙二醇的分子量是200～60000，聚丙二醇的分子量是400～25000，聚乙烯醇的分子量是1000～250000，聚丙烯酸的分子量是1000～50000，聚甲基丙烯酸的分子量是1000～50000、聚丙烯酰胺的分子量是300～10000、聚乙烯吡咯烷酮的分子量是1000～700000。
本发明的设计思路是：有机防雾膜由上疏水、下亲水双层膜结构组成的，能够同时起到防雾和防污双重功效。该设计思路的具体实现方式是：下层亲水膜是由亲水性聚合物或者含有亲水性链段的聚合物构成，能够提高水在该表面的作用力，降低水的表面接触角，达到提高水的表面润湿性能，从而有效防止水在该表面形成雾滴，保持该表面的光透过性能，起到防污雾效果；在此基础上，增加具有疏水作用的上层膜，该层由低表面能的材料构成，能够有效地防止油、灰尘污染表面，保持表面清洁，使得整个防雾膜防雾性能长久持续。
因此，本发明的有机防雾膜设计思路很巧妙，对本领域的技术人员而言，亲水性与疏水性是熟知的技术，这两个技术的作用彼此相反，因此本领域的技术人员往往认为亲水防雾、疏水防污两个技术只能单独实现，发明人正是基于长期科研实践的经验与思考而产生灵感，克服了这种技术偏见而完成了本发明。
当涂覆本发明有机防雾膜的基体处于易结雾的环境中时，水汽会在疏水层凝聚，然而由于水和亲水层间强烈的相互作用，水滴会迅速渗透过疏水层，并在亲水层铺展开来，因而起到防雾效果；而油、灰尘等污染物无法渗透过疏水层，即防污效果会阻止污染物对亲水层膜的污染，进而防止防雾膜的功能被破坏，而保证亲水防雾膜持久有效。即本发明所涉及的防雾膜克服了传统亲水性防雾膜易遭受污损的难题。
与现有技术相比，首先本发明的有机防雾膜的防雾性能极佳，由于具有双层结构设计，达到防雾和防污双重效果，因而防雾效果持久有效；其次，该有机防雾膜对基体没有特殊要求，例如与玻璃或其他高分子材料构成的基体均有较好的附着力，而且耐磨耐水，因而适用范围广，可以达到持久耐候防雾性能；另外，该有机防雾膜具有生产工艺简单以及环境友好的特点。
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描述。
实施例1：
本实施例一种有机防雾膜采用“上疏下亲型”双层分子结构设计，将含有亲水性聚合物的亲水涂层组合液旋涂在待涂物表面形成亲水层，然后将四氟化碳气体通过低温等离子处理结合在亲水层表面形成疏水层，具体步骤如下：
步骤1：制备亲水涂层组合液：
1将5千克丙烯酰氯与45千克聚乙二醇1000加入反应釜中，90℃温度下，在阻聚剂的保护下酯化反应2小时合成丙烯酸单聚乙二醇酯，然后降温至室温，减压蒸馏除溶剂，并分离未反应单体，得到亲水性丙烯酸树脂单体；
2在温度为50℃，催化剂的作用下，将1中合成的丙烯酸单聚乙二醇酯利用溶液聚合法聚合10小时，合成高分子量亲水性丙烯酸树脂；
3将2合成的亲水性丙烯酸树脂与1千克甲苯二异氰酸酯充分分散在49千克乙酸乙酯溶剂中，搅拌均匀，得到亲水涂层组合液；
步骤2：将步骤1配制得到的亲水涂层组合液用旋涂的方法均匀涂覆于待涂物表面形成亲水涂层；
步骤3：待亲水涂层固化完全后，放置在低温等离子处理仪中，通入四氟化碳气体，保持真空度为20Pa，在亲水涂层表面上处理一层含氟单分子层，处理时间为8分钟。
上述制备方法得到的基体表面的有机防雾膜具有极佳的防雾性能，当水滴落在该防雾膜上时，在上层疏水层作用下能够快速扩散，进而渗透到下层亲水层，减少结雾，水滴在该防雾膜上接触角只有不到30°，因水滴会迅速铺展，极大地避免表面光透过率降低；而十六烷等油状物在该防雾表面上接触角大于60°，即该表面亦有一定的防污作用；并且该有机防雾膜对对基体没有特殊要求，与一般诸如玻璃或其他高分子材料构成的基体均有较好的附着力，并且耐磨耐水，能够达到持久耐候防雾性能；另外，该有机防雾膜具有生产工艺简单，以及环境友好的特点。
实施例2：
本实施例一种有机防雾膜采用“上疏下亲型”双层分子结构设计，将含有亲水性聚合物的亲水涂层组合液旋涂在待涂物表面形成亲水层，然后在该亲水层表面旋涂一层十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液，通过共价键与亲水层分子结合，形成稳定的疏水层，具体步骤如下：
步骤1、制备亲水涂层组合液：
将45千克聚乙二醇200与甲苯二异氰酸酯分散在丙酮溶剂中，搅拌均匀，然后添加5千克正硅酸乙酯，搅拌均匀后得到亲水涂层组合液；
步骤2：将步骤1配制得到的亲水涂层组合液用旋涂的方法均匀涂覆于待涂物表面形成亲水涂层，并加热固化；
步骤3：待亲水涂层固化完全后，在表面旋涂一层十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液，通过共价键与下层亲水层分子结合，形成稳定上层疏油层。
上述制备方法得到的基体表面的有机防雾膜具有极佳的防雾性能，当水滴落在该防雾膜上时，在上层疏水层作用下能够快速扩散，进而渗透到下层亲水层，减少结雾，水滴在该防雾膜上接触角只有不到20°，因水滴会迅速铺展，极大地避免表面光透过率降低；而十六烷等油状物在该防雾表面上接触角大于75°，即该表面亦有一定的防污作用；并且该有机防雾膜对对基体没有特殊要求，与一般诸如玻璃或其他高分子材料构成的基体均有较好的附着力，并且耐磨耐水，能够达到持久耐候防雾性能；另外，该有机防雾膜具有生产工艺简单，以及环境友好的特点
实施例3：
本实施例一种有机防雾膜采用“上疏下亲型”双层分子结构设计，将含有亲水性聚合物的亲水涂层组合液旋涂在待涂物表面形成亲水层，然后在该亲水层表面旋涂一层十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液，通过共价键与亲水层分子结合，形成稳定的疏水层，具体步骤如下：
步骤1：制备亲水涂层组合液：
1将6千克甲基丙烯酰氯与42千克聚四亚甲基醚二醇1000加入反应釜中，80℃温度下，在阻聚剂的保护下酯化反应4小时合成甲基丙烯酸单聚四亚甲基醚二醇酯，然后降温至室温，减压蒸馏除溶剂，并分离未反应单体，得到亲水性甲基丙烯酸树脂单体；
2在温度为120℃，引发剂的作用下，将1中合成的甲基丙烯酸单聚乙二醇酯利用溶液聚合法聚合8小时，合成高分子量亲水性丙烯酸树脂；
3将2合成的亲水性丙烯酸树脂与2千克异佛尔酮二异氰酸酯充分分散在50千克醋酸丁酯溶剂中，搅拌均匀，得到亲水涂层组合液；
步骤2：将步骤1配制得到的亲水涂层组合液用沾涂的方法均匀涂覆于待涂物表面形成亲水涂层；
步骤3：待亲水涂层固化完全后，放置在低温等离子处理仪中，通入空气气体，保持真空度为25Pa，经过处理后亲水涂层表面富集大量羟基，处理时间为5分钟。
步骤4：在步骤3制备的经等离子处理的亲水表面上利用旋涂的方式均匀涂覆一层十三氟辛基三甲氧基硅烷溶液，放入烘箱在50°温度下烘干。
上述制备方法得到的基体表面的有机防雾膜具有极佳的防雾性能，当水滴落在该防雾膜上时，在上层疏水层作用下能够快速扩散，进而渗透到下层亲水层，减少结雾，水滴在该防雾膜上接触角只有不到25°，因水滴会迅速铺展，极大地避免表面光透过率降低；而十六烷等油状物在该防雾表面上接触角大于70°，即该表面亦有一定的防污作用；并且该有机防雾膜对对基体没有特殊要求，与一般诸如玻璃或其他高分子材料构成的基体均有较好的附着力，并且耐磨耐水，能够达到持久耐候防雾性能；另外，该有机防雾膜具有生产工艺简单，以及环境友好的特点。
实施例4：
本实施例一种有机防雾膜采用“上疏下亲型”双层分子结构设计，将含有亲水性聚合物的亲水涂层组合液旋涂在待涂物表面形成亲水层，然后在该亲水层表面旋涂一层全氟季铵盐阳离子表面活性剂溶液，通过共价键与下层亲水层分子结合，形成稳定的上层疏水层，具体步骤如下：
步骤1：制备亲水涂层组合液：
将45千克聚丙烯酸充分溶解在丙酮溶剂中，搅拌均匀，然后添加5千克正硅酸乙酯，得到亲水涂层组合液；
步骤2：将步骤1配制得到的亲水涂层组合液用旋涂的方法均匀涂覆于待涂物表面形成亲水涂层，并加热固化；
步骤3：待亲水涂层固化完全后，在表面旋涂一层全氟季铵盐阳离子表面活性剂溶液，通过静电力键合与下层亲水层分子结合，形成稳定的上层疏水层。
上述制备方法得到的基体表面的有机防雾膜具有极佳的防雾性能，当水滴落在该防雾膜上时，在上层疏水层作用下能够快速扩散，进而渗透到下层亲水层，减少结雾，水滴在该防雾膜上接触角只有不到30°，因水滴会迅速铺展，极大地避免表面光透过率降低；而十六烷等油状物在该防雾表面上接触角大于65°，即该表面亦有一定的防污作用；并且该有机防雾膜对对基体没有特殊要求，与一般诸如玻璃或其他高分子材料构成的基体均有较好的附着力，并且耐磨耐水，能够达到持久耐候防雾性能；另外，该有机防雾膜具有生产工艺简单，以及环境友好的特点。
Claims (6)
1.一种有机防雾膜，其特征是：所述的有机防雾膜由上下两层膜组成，涂覆在基体表面的下层膜是由亲水性聚合物或者含有亲水性链段的聚合物分子构成，位于下层膜表面的上层膜是由低表面能的材料构成，上层膜和下层膜之间通过范德华力、氢键力、静电力以及共价化学键中的一种作用力或者几种作用力的组合而结合在一起。
2.根据权利要求1所述的有机防雾膜，其特征是：所述的上层膜是由含氟材料或者有机硅材料构成；所述的含氟材料是指有机分子或者聚合物中的氢原子部分或者全部被氟原子所取代的材料，所述的有机硅材料是指含有R1R2R3SiO1/2、R1R2SiO或者R1SiO3/2链段的材料，其中R1，R2，R3分别为C6H5-、CnH2n+1，CmH2m+1或者CmH2m+1(CH2)n-，n是0到20的整数，m是1到20的整数。
3.根据权利要求2所述的有机防雾膜，其特征是：所述的含氟材料是指含有CnFto+1、CF3-(CF2CF2-CH2CH2)n-、CF3-(CF2CH2)n-、CF3-(C2F3Cl)n-、CF3-(CF2CF2-CF2CF(CF3))n-，其中n，m是0到10000之间的整数。
4.根据权利要求3所述的有机防雾膜，其特征是：所述的n，m是1到100之间的整数。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的有机防雾膜，其特征是：所述的亲水性聚合物是聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的一种、两种以上的组合物或者其改性聚合物。
6.根据权利要求5所述的有机防雾膜，其特征是：所述的聚四亚甲基醚二醇的分子量是600～50000，聚乙二醇的分子量是200～60000，聚丙二醇的分子量是400～25000，聚乙烯醇的分子量是1000～250000，聚丙烯酸的分子量是1000～50000，聚甲基丙烯酸的分子量是1000～50000、聚丙烯酰胺的分子量是300～10000、聚乙烯吡咯烷酮的分子量是1000～700000。
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| CN106976291A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-25 | 嘉兴市南湖花卉园艺工程有限公司 | 一种大棚膜及其制备方法 |
| CN110124970A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-16 | 武汉工程大学 | 一种光学材料表面处理方法及其所制得的制品 |
| CN113787799A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-14 | 富维薄膜（山东）有限公司 | 一种新型防水雾薄膜及其制备方法 |
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Application publication date: 20160302 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |