CN108473365A - 用于处理玻璃表面以减少颗粒附着的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于处理玻璃基材的方法，所述方法包括使玻璃基材的表面与包含至少一种烃的等离子体进行一段时间的接触，所述时间的接触足以在该表面的至少一部分上形成涂层。本文还公开了玻璃基材，其包含至少一个表面，其中，该表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，该表面的经过涂覆的部分具有约15度至约95度范围内的接触角，并且/或者具有小于约65mJ/m2的表面能。

Description

用于处理玻璃表面以减少颗粒附着的方法
本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年10月2日提交的序列号为62/236302的美国临时申请的优先权，本申请以其内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。
本公开的领域
本文公开了用于处理玻璃基材以减少颗粒对玻璃基材表面的附着的方法，更具体而言，公开了用于对玻璃表面进行等离子体钝化以生产耐污染性得以改善的玻璃基材的方法。
背景
近年来，对于高性能显示装置，例如液晶显示器和等离子体显示器的消费需求增长明显，其原因在于这些装置的显示品质突飞猛进，重量和厚度不断降低，低功耗以及价格降低。这些高性能显示装置可被用于显示各种信息，例如图像、图形和文字。高性能显示装置通常采用一种或更多种玻璃基材。对玻璃基材的表面品质(例如表面清洁度)的要求日益苛刻，这是因为对于改善的分辨率和图像性能的要求变得更加严格。表面品质可受到任意玻璃处理步骤的影响，从形成基材至储存乃至最终封装。
玻璃表面可具有高表面能，其部分原因是在玻璃表面上存在表面羟基(X-OH，X＝阳离子)，例如硅羟基(SiOH)。当玻璃表面与空气中的水分接触时，表面羟基可快速形成。结合在表面羟基之间的氢可引发更多水分吸收，进而可在玻璃表面上导致包含分子水的粘性含水层。这种粘性层可具有各种不利影响，包括例如可引发颗粒在玻璃表面上更强附着的“毛细管”效应和/或表面羟基缩合而形成可导致颗粒对表面更强附着(特别是在更高温度下)的共价氧键。
具有高表面能的玻璃基材可在运输、加工和/或制造过程中吸引空气中的微粒。此外，强附着力可在储存过程中在颗粒与玻璃之间导致共价键合，进而可导致精整和清洁处理中的产率降低。在一些例子中，玻璃基材储存得越久(例如数月)，就越难以从表面上除去颗粒，这是因为在颗粒与玻璃表面之间存在潜在的共价键。
用于防止颗粒附着的各种可能的方法可包括例如热蒸发、喷雾法或使用涂层转印纸。然而，这些方法可能是不可靠且/或不稳定的，并且可展现出难以整合入玻璃精整处理中，并且/或者在玻璃精整处理中缺乏实用性。表面保护也可能因其自身而将污染物引至玻璃表面上，例如，将来自沉积膜的有机化合物或者来自保护纸的纤维素颗粒引至玻璃表面上。或者，当终端用户想要清洁和使用玻璃制品时，这些表面处理可能难以被除去。因此，将会有益的是，提供能够补救一种或更多种上述缺陷的用于减轻颗粒在玻璃基材上的附着的方法，例如更经济、实用并且/或者更易于整合入现有的玻璃成形和精整处理中的方法。在一些实施方式中，本文所公开的方法可用于生产具有低表面能和改善的加工性和/或储存性质(例如经过一段储存时间后的颗粒附着得以减轻)的玻璃基材。
概述
在各种实施方式中，本公开涉及用于处理玻璃基材的方法，所述方法包括使玻璃基材的表面与包含至少一种烃的等离子体进行一段时间的接触，所述时间的接触足以在该表面的至少一部分上形成涂层，其中，所述涂层具有以下性质中的至少一种：(a)表面能小于约65mJ/m2；(b)极性表面能小于约25mJ/m2；(c)色散表面能大于约10mJ/m2；以及(d)与去离子水的接触角在约15度至约95度的范围内。
本文还公开了玻璃基材，其包含至少一个表面，其中，该表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，该表面的经过涂覆的部分与去离子水的接触角在约15度至约95度的范围内。本文还公开了玻璃基材，其包含至少一个表面，其中，该表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，该表面的经过涂覆的部分的表面能小于约65mJ/m2。
根据各种实施方式，等离子体可以是常压等离子体、热等离子体或非热等离子体。等离子体的温度可在例如约25℃至约300℃的范围内。在一些实施方式中，等离子体可包含至少一种选自C1～C12烃的烃，其可以是线性的、支化的或环状的，例如C1～C6挥发性烃，该等离子体可任选地包含至少一种气体和至少一种烃，所述气体选自氩气、氦气、氮气、氧气、空气、氢气、水蒸气以及它们的组合。在一些非限制性的实施方式中，所述至少一种烃可占等离子体的约1体积％至约20体积％。本文所公开的方法可例如使玻璃表面上的表面羟基的至少约50％钝化。本文所公开的方法还可包括在终端用途前利用例如湿法或干法清洁将烃涂层从玻璃表面上清除的步骤。
在另一些实施方式中，表面的经过涂覆的部分的表面能可小于约50mJ/m2，这可包含小于约25mJ/m2的极性表面能和大于约10mJ/m2的色散能。在另一些实施方式中，玻璃基材可以是基本上平面的或非平面的玻璃板，且可包含例如选自以下玻璃的玻璃：铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、无碱金属的碱土铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、无碱金属的碱土硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃以及无碱金属的碱土铝硼硅酸盐玻璃。在某些实施方式中，表面的经过涂覆的部分与去离子水的接触角可在约15至约95度的范围内，且在任选的清洗步骤后，其与去离子水的接触角可小于约10度。
在以下的详细描述中给出了本公开的附加特征和优点，通过所作的描述，其中的部分特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所描述的方法而被认识。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了本公开的各种实施方式且都旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了各种非限制性的实施方式，且与说明书一起用于解释本公开的原理和操作。
附图的简要说明
当参照附图阅读以下详细描述时，能够更好地理解本公开的各种特征、方面和优势，其中，相同的附图标记表示相同的结构，其中：
图1图示了一种示例性的带颗粒的玻璃基材，所述颗粒通过氢键和共价键结合至玻璃表面；
图2图示了一种示例性的玻璃基材，其包含根据本公开各种实施方式的烃层，颗粒通过氢键结合至烃表面；以及
图3是表面能随等离子体扫掠次数而变化的情况的图示；
图4A～B是各种未经处理的玻璃试样和经过等离子体处理的玻璃试样的玻璃表面上的颗粒计数的图示；
图5A～B是各种未经处理的玻璃试样和经过等离子体处理的玻璃试样的颗粒除去效率的图示；
图6是包含烃层的玻璃基材在暴露于各种酸性溶液中之后的接触角的图示；以及
图7A～B是包含烃层的玻璃基材在暴露于各种温度下之后的接触角的图示。
详细描述
经过拉制或清洁的玻璃表面可具有很高的表面能(在一些情况中高达90mJ/m2)。这种高表面能可使表面更容易从空气中吸附颗粒。无意受限于理论，认为高表面能至少部分是由于在玻璃表面上存在诸如SiOH、AlOH和/或BOH这样的表面羟基(X-OH)所致，这些表面羟基能够与可接触到的颗粒形成氢键。此外，如果诸如玻璃或氧化物颗粒这样的颗粒保持附着至表面，则初始的氢键附着和/或范德华力可被缩合强化，并可随后导致更强的共价键。共价键合至玻璃基材表面上的颗粒甚至可能更加难以除去，导致较低的精整产率。图1展示了一种示例性玻璃板G的表面，颗粒PH和PC分别通过氢键(用实线圈出)以及通过共价键(用虚线圈出)附着至该表面上。
例如，进行水平或垂直方向划刻和折断的底部拉制(BOD)行进铁砧机(TAM)处理，或者玻璃的边缘精整、运输、加工和/或储存，可产生具有各种尺寸和形状的玻璃颗粒。在各种工业中，这些颗粒被称为附着玻璃(ADG)。颗粒对玻璃表面的附着和/或吸附可随着时间的推移而增加，并且可随着大气条件(例如温度、湿度、储存环境的清洁度等)的变化而改变。储存超过3个月的玻璃由于高能(例如共价)键而可能特别容易受到颗粒附着的影响，并且，即使不是不可能精整成满足严格品控指引的可接受的水平，也是难以达到可接受的水平。
方法
本文公开了用于处理玻璃表面的方法，该方法能够减少或消除存在于玻璃表面上的表面羟基，进而减少或消除因为缩合引发的共价键而导致的颗粒对玻璃表面的附着。如本文所用，术语“颗粒”及其变体旨在表示具有任意形状或尺寸并且/或者吸附在玻璃表面上的污染物。例如，颗粒可包括有机和无机污染物，例如玻璃颗粒(例如ADG)、纤维素纤维、尘土、M-OX颗粒(M＝金属；X＝阳离子)等。颗粒可在例如玻璃制品的制造、运输和/或储存过程中在玻璃制品的表面上生成，例如在切割、精整、边缘打磨、传送(例如使用吸杯、传送带和/或辊)或存放(例如箱子、纸等)的过程中。
本文所公开的方法包括例如使玻璃表面与包含至少一种烃的等离子体进行一段时间的接触，所述时间的接触足以在该玻璃表面的至少一部分上形成涂层。参考图2，图2图示了涂覆有至少一种烃的玻璃板G的表面。烃层可起到使玻璃表面钝化的作用，例如减少或消除玻璃表面上的表面羟基(例如SiOH)的数量。因此，可附着于表面的任意颗粒PH可通过诸如氢键这样的能量较低的键来实现上述作用，且可减少或消除共价键合的颗粒。
在一些实施方式中，本文所公开的处理方法能够使可能存在于玻璃表面上的表面羟基(X-OH)中的至少一部分钝化。如本文所用，术语“钝化”及其变体旨在表示一种能够中和表面羟基的处理，例如使它们不能用来与颗粒或其它潜在的反应物发生反应。钝化可通过化学吸附(例如共价键合和离子键合)而发生，或者通过物理吸附(例如氢键合和范德华相互作用)而发生(参见例如图示了共价键合的图2)。根据各种实施方式，这些处理方法可使至少约25％的表面羟基钝化，例如使至少约30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％、例如约25％至约99％范围内的表面羟基钝化，包括它们之间的所有范围和子范围。
根据各种实施方式，通过使玻璃基材的表面与等离子体接触来进行钝化。如本文所用，术语“接触”和“使……接触”以及它们的变体旨在表示玻璃表面与等离体的物理相互作用。例如，可使用任意本领域已知的方法或装置(例如等离子体射流或焰炬)使等离子体扫掠玻璃基材的表面，以使该表面与构成等离子体的组分中的一种或更多种(例如至少一种烃组分)接触。玻璃表面与等离子体发生物理接触的结果是，可在至少一种烃与至少一种表面羟基之间形成化学键(参见例如图2)。
如本文所用，术语“等离子体”、“常压等离子体”(atmospheric plasma)及其变体旨在表示通过入射高频电场的气体。遇到电磁场能够使气体原子电离并且释放出电子，被释放的电子加速至高速，因而具有高动能。这些高速电子中的一些通过碰撞另一些原子的最外层电子而使它们电离，且那些被释放的电子可反过来产生更多的电离，导致级联电离效应。由此而产生的等离子体可以物流的形式流动，且可向物体(例如玻璃基材)投射被困在这股物流中的高能粒子。
在各种实施方式中，等离子体可以是常压(AP)等离子体以及热等离子体或非热等离子体。例如，等离子体的温度可在室温(例如约25℃)至更高温度(例如高达约300℃)的范围内。以非限制性例子为例，等离子体的温度可在约25℃至约300℃的范围内，例如约50℃至约250℃、或约100℃至约200℃，包括它们之间的所有范围和子范围。等离子体可包含至少一种选自例如氩气、氦气、氮气、空气、氢气、水蒸气以及它们的混合物的气体。根据一些实施方式，可采用氩气作为等离子体气体。
在非限制性的实施方式中，等离子体还可包含至少一种烃，其可以气体的形态存在。合适的烃可包括但不限于C1～C12烃，其可以是线性的、支化的或环状的，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷以及它们的组合。根据各种实施方式，可使用具有低沸点(例如低于100℃)的挥发性烃，例如C1～C6烃。在另一些实施方式中，烃可以是甲烷、乙烷、丙烷或己烷。等离子体可包含例如约1体积％至约20体积％的至少一种烃，例如约2％至约18％、约3％至约15％、约4％至约12％、约5％至约10％、或者约6％至约8％，包括它们之间的所有范围和子范围。
等离子体与玻璃表面的接触可通过使用任意合适的本领域已知手段来实现，例如可使用等离子体射流或焰炬扫掠玻璃基材的表面。扫掠速度可随需要而改变，以针对具体应用实现所需的涂层密度和/或效率。例如，扫掠速度可在约5mm/s至约100mm/s的范围内，例如约10mm/s至约75mm/s、约25mm/s至约60mm/s、或者约40mm/s至约50mm/s，包括它们之间的所有范围和子范围。
同样，停留时间(例如等离子体接触玻璃表面的时长)可随着扫掠速度和所需的涂层性质而改变。举一个非限制性的例子，停留时间可在短于1秒至数分钟的范围内，例如约1秒至约10分钟、约30秒至约9分钟、约1分钟至约8分钟、约2分钟至约7分钟、约3分钟至约6分钟、或者约4分钟至约5分钟，包括它们之间的所有范围和子范围。在各种实施方式中，可以单程方式(single pass)使玻璃表面与等离子体接触，或者在另一些实施方式中，可采用多程方式(multiple passes)，例如2程或更多程、3程或更多程、4程或更多程、5程或更多程、10程或更多程、20程或更多程等。
在一些非限制性实施方式中，本文所公开的方法提供玻璃表面处理，该玻璃表面处理展现出改善的耐颗粒附着性以及/或者改善的颗粒从玻璃表面的除去性。例如，用水和/或温和清洁剂清洗玻璃表面后，附着至玻璃表面的颗粒的除去效率可高达50％，例如大于约60％、大于约70％、大于约80％、大于约90％、大于约95％、或者大于约99％，例如在约50％至约99％的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。示例性的清洗技术可包括用诸如Semi Clean KG这样的温和清洁剂溶液以及类似的清洁剂进行时长在约15秒至约5分钟范围内的清洗，例如约30秒至约4分钟、约45秒至约3分钟、约60秒至约2分钟、或者约75秒至约90秒，包括它们之间的所有范围和子范围。非限制性的示例性清洁剂浓度可在约0.5体积％至约6体积％的范围内，例如约1体积％至约5体积％、约1.5体积％至约4体积％、或者约2体积％至约3体积％，包括它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，可在室温或升高的温度下进行清洗，例如约25℃至约80℃、约30℃至约75℃、约35℃至约70℃、约40℃至约65℃、约45℃至约60℃、或者约50℃至约55℃，包括它们之间的所有范围和子范围。
在与等离子体接触之前，可使用一个或更多个任选的步骤(例如对玻璃基材的表面或边缘进行抛光、精整和/或清洁)对玻璃基材进行处理。同样，在与等离子体接触后，可利用这些任选的步骤对玻璃基材进行进一步处理。可使用任意合适的本领域已知的方法来进行这些附加步骤。例如，示例性的玻璃清洁步骤可包括干法或湿法清洁方法。在一些实施方式中，可使用例如Semi Clean KG、SC-1、UV臭氧和/或氧等离子体来进行清洁步骤。
在一些实施方式中，可对经过等离子体处理的玻璃基材进行各种精整步骤，例如边缘精整或边缘清洁处理。如此一来，在这些实施方式中，可能希望表面处理能够抵御只利用水进行的除去，其表现为例如表面与去离子水的接触角几乎或完全不减小，如下文更详细所述。另外，可能希望能够利用清洁剂或者使用上文所述的其它清洁步骤容易地除去表面处理，其表现为例如与去离子水的接触角减小至小于约10度，如下文更详细所述。当然，经过等离子体处理的玻璃基材可展现或可不展现出这些性质中的一种或全部，但仍然旨在落入本公开的范围内。
玻璃基材
本公开还涉及使用本文所公开的方法生产的玻璃基材。例如，这些玻璃基材可包含至少一个表面，其中，表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，表面的经过涂覆的部分与去离子水的接触角在约15至约95度的范围内。在另一些实施方式中，这些玻璃基材可包含至少一个表面，其中，该表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，该表面的经过涂覆的部分的表面能小于约65mJ/m2。
玻璃基材可包含任意本领域已知的玻璃，包括但不限于铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、无碱金属的碱土铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属硼硅酸盐玻璃、无碱金属的碱土硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱金属铝硼硅酸盐玻璃、无碱金属的碱土铝硼硅酸盐玻璃以及其它合适的玻璃。在某些实施方式中，玻璃基材的厚度可小于或等于约3mm，例如在以下范围内：约0.1mm至约2.5mm、约0.3mm至约2mm、约0.7mm至约1.5mm、或者约1mm至约1.2mm，包括它们之间的所有范围或子范围。市售可得的玻璃的非限制性例子包括例如可购自康宁股份有限公司(Corning Incorporated)的EAGLEIrisTM、LotusTM、和
在各种实施方式中，玻璃基材可包含具有第一表面和相反的第二表面的玻璃板。在某些实施方式中，这些表面可以是平面的或基本上平面的，例如基本上平坦和/或水平。玻璃基材可基本上是平面的或者二维的，且在一些实施方式中，还可以是非平面的或三维的，例如以至少一种曲率半径弯曲，例如凸状或凹状基材。在各种实施方式中，第一和第二表面可平行或基本上平行。玻璃基材还可包含至少一个边缘，例如至少两个边缘、至少三个边缘或至少四个边缘。举一个非限制性的例子，玻璃基材可包含具有四个边缘的矩形或正方形玻璃板，尽管可设想其它形状和构造，它们也旨在落入本公开的范围。根据各种实施方式，玻璃基材在处理前可具有高表面能，例如高达约80mJ/m2或更高，例如在约70mJ/m2至约90mJ/m2、或者在约75mJ/m2至约85mJ/m2的范围内。
参照本文所公开的方法，玻璃基材可涂覆有上文所述的包含至少一种烃的层。涂层或层的厚度可在约1nm至约100nm的范围内，例如约2nm至约90nm、约3nm至约80nm、约4nm至约70nm、约5nm至约60nm、约10nm至约50nm、约20nm至约40nm、或者约25nm至约30nm，包括它们之间的所有范围和子范围。如图2所示，可利用烃层对玻璃表面进行涂覆或钝化。这种烃层的存在可减少或消除表面羟基的存在，并且因此减少或防止发生缩合以及产生任何由其导致的共价键合。在各种实施方式中，颗粒可结合至烃层，如图2所示，但是，这些结合可以是诸如氢键或范德华相互作用这样的较弱的结合。
如上文针对方法所述，可通过等离子体沉积至少一种烃来生成烃层，所述至少一种烃可选自例如线性的、支化的或环状的C1～12烃。无意受限于理论，认为在等离子体沉积过程中，至少一种烃可在玻璃表面上完全或部分分解和再沉积。在一些实施方式中，烃层可包含无定形的烃层。在另一些实施方式中，烃层可包含无定形的烃聚合物层。在某些实施方式中，包含给定烃前体(例如C1～12烃)的等离子体可导致包含至少一部分更短或更长烃的烃层。此外，包含环状烃前体的等离子体可导致包含至少一部分线性或支化烃等的烃层。另外，包含给定烃前体的等离子体可导致至少部分或全部聚合的烃膜。
在与等离子体接触后，玻璃表面的至少一部分可涂覆有烃层。在某些实施方式中，整个玻璃表面可涂覆有烃层。在另一些实施方式中，可对玻璃表面的所需部分进行涂覆，例如但不限于对玻璃基材的边缘或周界、中心区域或所需的任意其它区域或图案进行涂覆。在各种实施方式中，玻璃表面的经过涂覆的部分的总表面能可小于约65mJ/m2，例如小于约60mJ/m2、小于约55mJ/m2、小于约50mJ/m2、小于约45mJ/m2、小于约40mJ/m2、小于约35mJ/m2、小于约30mJ/m2、或者小于约25mJ/m2，例如在约25mJ/m2至约65mJ/m2的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。极性表面能可为例如小于约25mJ/m2，例如小于约20mJ/m2、小于约15mJ/m2、小于约10、小于约9、小于约8、小于约7、小于约6、小于约5、小于约4、小于约3、小于约2或小于约1mJ/m2，例如在约1mJ/m2至约25mJ/m2的范围内，包括它们之间的所有范围或子范围。在某些实施方式中，经过涂覆的部分的色散能(dispersive energy)可大于约10mJ/m2，例如大于约15mJ/m2、大于约20mJ/m2、大于约25mJ/m2、大于约30mJ/m2、大于约35mJ/m2或大于约40mJ/m2，例如在约10mJ/m2至约40mJ/m2的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。
材料的表面张力(或表面能)可由本领域中众所周知的方法来测定，包括悬滴法、杜奈(du Noüy)吊环法或者威廉米(Wilhelmy)板法[《表面物理化学》(Physical Chemistryof Surfaces)，A.W.阿达姆森(Arthur W.Adamson)，约翰·威利父子出版公司，1982年，第28页]。而且，可通过用极性已知的液体(例如水和二碘甲烷)探查表面并利用各探查液体测定各接触角来将材料的表面能分解成极性和非极性(色散)部分。因此，可通过单独使用任一种上述表面张力测定方法测量各基材的例如水和二碘甲烷对照角度或者结合以下公式来测定未经处理的(对照)玻璃基材的表面性质以及经过烃等离子体处理的玻璃基材的表面性质。
σT＝σD+σP
其中，σT是总表面能，σD是色散表面能，而σP是极性表面能。
根据各种实施方式，与等离子体接触后，玻璃的经过涂覆的部分与去离子水的接触角可在约15度至约95度的范围内，例如约20度至约90度、约25度至约85度、约30度至约80度、约35度至约75度、约40度至约70度、或者约50度至约60度，包括它们之间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，还可根据需要，例如在为了终端用途应用而对基材进行精整之前，将烃层从玻璃基材上除去。
如上文针对本文所公开的方法所述，可使用湿法和/或干法清洁方法来除去烃层。清洁后，先前经过涂覆的表面(与去离子水)的接触角可大大减小，例如减小至低至0度。例如，经过涂覆后，(与去离子水的)接触角可高达约95度，而经过清洁后，(与去离子水的)接触角可小于约20度，例如小于约15度、小于约10度、小于约5度、小于约3度、小于约2度、或者小于约1度，例如在约1度至约20度的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。
此外，在一些实施方式中，烃层可对只用水进行的除去展现出中等的耐性，这在经过涂覆的基材在被用于其终端用途之前经受各种精整步骤(例如边缘精整或边缘清洁)的情况下可能是有用的。如此一来，在这些实施方式中，在与水接触后(例如接触长达约5分钟的时间后)，经过涂覆的表面(与去离子水)的接触角可大于约15度，例如大于约20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、或95度，例如在约15至约95度的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，在与水接触后(例如接触长达约60分钟的时间后)，经过涂覆的表面(与去离子水)的接触角可大于约15度，例如大于约20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、或95度，例如在约15至约95度的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。最后，在各种实施方式中，烃层对炎热/潮湿环境展现出中等的耐性，这在经过涂覆的基材被储存在气候不受控的仓库中的情况下可能是有用的。如此一来，在这些实施方式中，在50℃以及85％相对湿度下老化(例如长达约2周的时长)后，经过涂覆的表面(与去离子水)的接触角可大于约15度，例如大于约25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、或95度，例如在约15至约95度的范围内，包括它们之间的所有范围和子范围。当然，经过等离子体处理的玻璃基材可展现或可不展现出这些性质中的一种或全部，但仍然旨在落入本公开的范围内。
本公开的玻璃基材和方法可具有多个优于现有技术基材和方法的优势中的至少一个。例如，本文所公开的方法可在相比于现有技术方法具有更高的产量、更低的成本和/或改善的可整合性、可扩展性、可靠性和或一致性方面展现出优异的性能。而且，按照这些方法处理的玻璃基材可具有减少的颗粒附着，可更易于清洁，并且/或者可在延长的储存时长内具有改善的性能。当然，应当理解的是，本文所公开的基材和方法可不具备上述的一个或多个特征，但仍然旨在落入本公开以及所附权利要求的范围内。
应理解，多个公开的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、要素或步骤。还应理解，虽然以涉及某一特定实施方式的形式描述，但特定特征、要素或步骤可以多种未说明的组合或排列方式与替代性实施方式互换或组合。
还应理解的是，本文所用术语“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“一种烃”包括具有两种或更多种这类烃的例子，除非文本中有另外的明确表示。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。
虽然会用过渡语“包含”来公开特定实施方式的各种特征、要素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如包含A+B+C的结构或方法的暗含的替代性实施方式包括结构或方法由A+B+C构成的实施方式以及结构或方法基本上由A+B+C构成的实施方式。
对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围和精神的情况下对本公开进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本公开精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本公开包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。
以下的实施例只是非限制性的和说明性的，本发明的范围通过权利要求来限制。
实施例
表面能
对康宁(Corning)EAGLE玻璃基材进行各种等离子体处理，以评价停留时间对于表面能的影响。使用线性等离子体喷头，采用2程、4程或10程，将甲烷涂层施涂至玻璃取样片上。
如图3所示，表面能测量结果显示，玻璃表面与等离子体接触得越多[例如停留时间越长、等离子体射流处理程数(pass)越多等]，表面就越有效地被烃层涂覆。总表面能E总体上倾向于随着程数的增加(例如等离子体接触增加)而减小。显而易见的是，极性表面能部分P随着程数的增加而减小，而色散表面能部分D随着程数的增加而增大。无意受限于理论，认为极性表面能随着程数的增加而减小是因为玻璃表面上的羟基浓度对极性的影响很大，而烃涂层本身不具有明显的极性基团。
接触角
对康宁Eagle玻璃基材进行各种等离子体处理，以针对在不同的烃表面处理下，评价停留时间对于接触角的影响。使用不同方法对玻璃试样进行涂覆，并且对经过表面处理的玻璃基材与去离子水的接触角进行测量。随后在去离子水中对这些基材进行5分钟的冲洗，然后再次测量接触角。最终，在50℃下在超声浴中用碱性清洁剂对这些基材进行清洗，然后再一次测量接触角。结果示于以下表I中。
表I：接触角
如上表I所示，(例如相比于未经处理的玻璃的10度或更小的接触角)包含烃涂层的玻璃试样展现出相对较高的与去离子水的接触角，这表明通过处理增强了表面对于水的疏水性或耐水性。更大的与去离子水的接触角倾向于表明该表面不容易被水润湿，因而更耐水。耐水性还通过经过等离子体处理的试样即使在用去离子水清洗5分钟后仍然具有相对较大的接触角来显示。在一些实施方式中，可能希望通过清洗容易且快速地除去表面处理。如上表I所示，在经过等离子体处理的玻璃基材与清洁剂接触2分钟后，该基材的接触角显著减小，这倾向于表明表面处理被成功除去。在一些实施方式中，小于约10的接触角可象征“干净的”玻璃表面。当然，可改变清洗方法、时间、清洁剂等，以除去所需量的表面处理，并且/或者得到所需水平的表面清洁度。
颗粒附着
对经过等离子体处理的玻璃试样以及未经处理的试样进行边缘打磨和后续清洗处理，以对等离子体涂层保护玻璃表面免受玻璃颗粒附着和/或促进通过清洗而除去任意附着颗粒的能力进行评价。以所产生的玻璃颗粒被抛到玻璃表面上的方式，对玻璃试样(4"×4")的边缘进行打磨。随后，使用颗粒计数器对通过边缘打磨处理而沉积在玻璃表面上的颗粒的数量进行计数。然后，用碱性清洁剂对这些玻璃试样进行60或90秒的清洗。随后，对清洗后残留在玻璃表面上的颗粒重新计数。这些测试的结果示于图4～5中。普通分辨率对直径大于1μm的颗粒进行计数，而高分辨率对直径小至0.3μm的更小的颗粒进行计数。
图4A～B显示所有经过等离子体处理的玻璃上的颗粒计数显著低于未经处理的玻璃。在各种等离子体处理中，从沉积颗粒的数量上来看，利用甲烷、丙烷和己烷进行的等离子体处理的表现似乎几乎相同。从清洗60秒后残留颗粒的数量上来看，丙烷和甲烷等离子体处理的表现似乎相对一致，且这两种处理似乎都比利用己烷进行的等离子体处理表现更佳。然而，清洗90秒后，似乎所有的经过等离子体处理的试样的表现都几乎相同。
参考图4A～B，对于两种丙烷等离子体处理之间的比较，丙烷(P1)的表现优于丙烷(P2)，后者使用更高的扫掠速度。对于两种己烷等离子体处理之间的比较，己烷(H1)的表现优于己烷(H2)，后者所使用等离子体射流的程数比前者少1。类似地，甲烷(M3)的表现优于甲烷(M4)，后者采用更高的扫掠速度，而甲烷(M1)的表现优于甲烷(M2)，后者采用更高的扫掠速度和更少的等离子体程数。因此，无意受限于理论，认为更长时间地暴露在等离子体处理下能够改善玻璃表面对于颗粒附着的抵御能力，并且/或者改善清洗后将这些颗粒从表面上除去的能力。
参考图5A～B，其显示了清洗后的颗粒除去效率，对于经过60秒清洗的试样，相比于利用甲烷进行了等离子体处理的玻璃试样，利用丙烷进行了等离子体处理的玻璃试样的表现似乎几乎相同，而这两种玻璃试样都比利用己烷进行了等离子体处理的玻璃试样表现更佳。清洗90秒后，似乎所有的经过等离子体处理的试样的表现都几乎相同。在所有例子中，(在60秒清洗以及在90秒清洗后)经过等离子体处理的试样的表现都显著优于未经处理的试样。
表面键合
为了评价烃涂层是如何结合至玻璃表面上的，将经过CH4AP等离子体处理的玻璃基材浸入两种不同(0.1M以及1M)的盐酸(HCl)溶液中。如果玻璃-烃键合是Si-O-C，则假设至少在具有更短链(例如C4或更短)的烃的情况下，在暴露于酸性或碱性溶液中后会发生水解反应。图6图示了利用酸性溶液进行的这种实验的结果。在暴露于两种酸性溶液中后，经过2次或4次扫掠的玻璃基材的接触角快速且显著地减小。该减小暗示发生了水解而导致形成了SiOH，这可能表明玻璃表面是通过Si-O-C键合结合至烃层，如图2所示。相反，对于用等离子体扫掠了10次的玻璃基材，即使在酸性溶液中暴露20分钟后，接触角也保持相对恒定。无意受限于理论，认为使用10程而得到的改善的覆盖率可导致烃分子之间的交联增强，这可反过来阻碍酸性条件下的水解。然而，还注意到在所有情况中，接触角均未完全减小至小于5度(观察到的最低接触角在20度左右)，这可表明在玻璃-烃界面处可能存在少量的Si-C键合。
以下的表IIa～c分别给出了经过4次或10次等离子体扫掠的CH4AP等离子体钝化玻璃基材的原子浓度、碳百分比以及硅百分比(利用X射线光电子能谱测得)。
表IIa：原子浓度
B C N O Al Si Ca
10程 0.4 84.2 0.2 10.0 1.1 3.9 0.2
4程 2.4 43.5 0.6 35.9 3.4 13.3 0.9
表IIb：碳百分比
C-C,C-H C-O
10程 94 6
4程 91 9
表IIc：硅百分比
Si SiO2
10程 70 30
4程 82 18
图表IIa～c中所示，利用等离子体进行更多程数的处理导致C强度增强而Si强度减弱以及其它玻璃组分(Al、B、Ca和O)强度的减弱，这表明玻璃表面上具有更厚的碳层。XPS没有探测到COO或N≡H键合，但确实探测到C-C、C-O、C-H、Si-O和Si-C键合。探测到了硅，其具有Si-O骨架，有机侧基可能通过Si-C或Si-O-C键合连接至硅原子上，但是XPS无法区分或者定量这两种峰。同样，XPS无法辨识C-H与O-H键合。
热耐久性
参考图7A～B，其图示了烃涂层在高温(分别为300℃和400℃)下的耐久性。图7A显示涂层能够承受300℃的温度约10分钟或更久的时间。图7B显示涂层在400℃下相对快速地挥发，持续了约5分钟或更短的时间。因此，基于该数据，认为在升高的温度下将烃涂层结合至玻璃基材上可能是可行的，或许即使是在玻璃制造工艺中的BOD区域中也是如此，这取决于处理参数。

Claims (20)

1.一种玻璃基材，其包含至少一个表面，其中，所述表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，所述表面的所述经过涂覆的部分与去离子水的接触角在约15度至约95度的范围内。
2.如权利要求1所述的玻璃基材，其特征在于，所述层的厚度在约1nm至约100nm的范围内。
3.如权利要求1所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分的表面能小于约65mJ/m2。
4.如权利要求1所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分的极性表面能小于约25mJ/m2。
5.如权利要求1所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分的色散表面能大于约10mJ/m2。
6.如权利要求1所述的玻璃基材，其特征在于，所述层是通过等离子体沉积至少一种C1～C12烃而制备的无定形烃层。
7.一种玻璃基材，其包含至少一个表面，其中，所述表面的至少一部分涂覆有包含至少一种烃的层，其中，所述表面的所述经过涂覆的部分的表面能小于约65mJ/m2。
8.如权利要求7所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分的极性表面能小于约25mJ/m2。
9.如权利要求7所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分的色散表面能大于约10mJ/m2。
10.如权利要求7所述的玻璃基材，其特征在于，所述层的厚度在约1nm至约100nm的范围内。
11.如权利要求7所述的玻璃基材，其特征在于，所述表面的所述经过涂覆的部分与去离子水的接触角在约15度至约95度的范围内。
12.如权利要求7所述的玻璃基材，其特征在于，所述层是通过等离子体沉积至少一种C1～C12烃而制备的无定形烃层。
13.一种处理玻璃基材的方法，所述方法包括：
使所述玻璃基材的表面与包含至少一种烃的等离子体进行一段停留时间的接触，所述停留时间的接触足以在所述表面的至少一部分上形成涂层，其中，所述涂层具有以下性质中的至少一种：
(a)表面能小于约65mJ/m2；
(b)极性表面能小于约25mJ/m2；
(c)色散表面能大于约10mJ/m2；或者
(d)与去离子水的接触角在约15度至约95度的范围内。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一种烃选自C1～C12烃。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一种烃选自C1～C6挥发性烃。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述等离子体包含约1体积％至约20体积％的所述至少一种烃。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述涂层的厚度在约1nm至约100nm的范围内。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述玻璃基材的所述表面与所述等离子体接触包括以约5mm/s至约100mm/s的速度用等离子体扫掠所述表面。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括利用干法或湿法清洁除去所述涂层。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在除去所述涂层后，所述玻璃基材的所述表面与去离子水的接触角小于约10度。
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