CN109851825B - 一种防指纹薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防指纹薄膜及其制备方法，通过采用飞秒激光刻蚀法对聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜进行刻蚀，使得PDMS薄膜表面产生微纳粗糙结构，通过对刻蚀时间的调节来控制汗液在PDMS薄膜表面的润湿性，从而实现防指纹的效果。此外，还通过加入疏水材料来改进PDMS薄膜的疏水能力，进一步增强薄膜的防指纹性能。本发明的技术方案在制备过程中不使用任何化学试剂或溶剂，环保无毒。采用本发明的制备方法制备得到的薄膜制备工艺简单，且可以直接贴附于各类基材表面，应用范围较广，可以广泛地应用于电子显示触摸屏、头盔挡风屏幕、眼镜、窗户、精密仪器等表面。

Description

一种防指纹薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，一种防指纹薄膜及其制备方法。

背景技术

随着诸如带触摸屏的智能手机和平板电脑等触摸式电子设备的应用越来越广泛，在正常使用过程中，手触即可留下痕迹及指纹的纹路，而且经常被触摸的表面通常易于被指纹、皮肤上的油脂、汗水和化妆品所污染，触摸屏表面指纹的积聚，不仅严重影响其视觉的清晰度和观感，而且还会导致触摸面板的可读性迅速下降，降低设备的可用性。因此，防指纹薄膜具有十分重要的研究价值。

防指纹贴膜设计的原理是把指纹的纹理分散化，通过采用特殊的材料加上特殊的工艺制作，把手指的指纹的纹路尽量分散化，实现所谓的防指纹，让手机屏幕的指纹无法显示在手机上，用户用肉眼就看不到指纹，即使是用高倍显微镜看到的指纹也很难辨别，起到一定的抗菌的作用。目前，各表面防指纹功能的实现主要是通过喷涂涂料的方法，一方面涂料与基材之间的结合强度较差，另一方面涂层工艺较为复杂，且制备过程通常用到有机溶剂，造成一定的环境污染。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明研究了一种防指纹薄膜的制备方法，以提供一种防指纹效果好且透明的防指纹薄膜。

本发明提供的防指纹薄膜的制备方法，包括：将聚二甲基硅氧烷、固化剂混合均匀，得到混合物，倒入基板上，固化，得到聚二甲基硅氧烷薄膜，以及刻蚀所述聚二甲基硅氧烷薄膜，超声，烘干，制得所述防指纹薄膜。

在上述制备方法中，所述聚二甲基硅氧烷与所述固化剂的质量比为8～12：0.5～1.5。

在上述制备方法中，在将所述混合物倒入所述基板之前，所述方法还包括：向所述混合物中加入疏水材料。

在上述制备方法中，所述疏水材料与所述混合物的质量比为0.1～0.4：1～2。

在上述制备方法中，所述疏水材料为十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。

在上述制备方法中，所述固化的温度为90～110℃，所述固化的时间为1.5～2.5h。

在上述制备方法中，所述聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为0.5～1mm。

在上述制备方法中，采用飞秒激光刻蚀法进行所述刻蚀，所述刻蚀时间为1min～3min。

在上述制备方法中，所述烘干的温度为70～90℃。

由上述方法制备的防指纹薄膜。

本发明提供的防指纹薄膜的制备方法，通过采用飞秒激光刻蚀法对聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜进行刻蚀，使得PDMS薄膜表面产生微纳粗糙结构，通过对刻蚀时间的调节来控制汗液在PDMS薄膜表面的润湿性，从而实现防指纹的效果。此外，还通过在PDMS薄膜中加入其他疏水物质，进一步增强薄膜的防指纹性能。本发明解决了目前电子显示触摸屏、玻璃制品表面、金属五金件表面、塑料薄膜表面等被手触摸后会有大量指纹残留，遇水擦拭后残留大量水渍的问题，可以应用于电子显示触摸屏、头盔挡风屏幕、眼镜、窗户、精密仪器等表面，从而减少各种指纹及各种污渍的附着，提高擦拭清洁的能力。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的防指纹薄膜的制备方法，包括以下步骤：

首先，制备聚二甲基硅氧烷薄膜：将聚二甲基硅氧烷、固化剂混合均匀，得到混合物，倒入基板上，固化，得到聚二甲基硅氧烷薄膜。在步骤中，按聚二甲基硅氧烷与固化剂质量比为8～12：0.5～1.5称取聚二甲基硅氧烷和固化剂，并置于烧杯中，充分搅拌，混合均匀，得到混合物，然后将混合物倒入基板(长宽各为10cm左右)上，置于90～110℃的真空烘箱中固化1.5～2.5h，使得混合物能够在基板上铺覆均匀，并充分固化，然后将薄膜揭起，得到聚二甲基硅氧烷薄膜，优选地，在将混合物倒入基板上之前，按混合物与疏水材料的质量比为1～2：0.1～0.4，向混合物中加入疏水材料，混合均匀，然后倒入上述基板，继续进行上述步骤，其中，在混合物中加入疏水材料后，可以进一步提高薄膜的疏水性能，进而提高最终薄膜的防指纹性能。在该步骤中，所述固化剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、硅酸四乙酯中的一种或多种的组合，疏水材料为十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合，因为氟元素具有较强的极性，可以进一步降低疏水物质的表面能，因此，含氟的疏水物质比不含氟的疏水物质具有更好的疏水性能，基板为聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、聚苯乙烯板中的一种或多种的组合，所制备得到的PDMS薄膜厚度为0.5～1mm，薄膜的厚度过薄或过厚都会影响其机械性能，而且如果厚度过厚也会影响其透明度。

然后，制备防指纹薄膜：刻蚀聚二甲基硅氧烷薄膜，超声，烘干，制得防指纹薄膜。在该步骤中，将聚二甲基硅氧烷薄膜置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀1min～3min后将薄膜取出，分别采用清洗溶剂对其进行超声处理，处理时间为8～20min，然后置于烘箱中在70～90℃下烘干20～30min，以去除清洗溶剂，从而得到防指纹薄膜，其中，超声的清洗溶剂为乙醇、水、丙酮中的一种或多种的组合，用于去除在刻蚀过程中残留在薄膜表面的物质，而且超声的时间也不能过短，否则会导致清洗不充分，从而影响其防指纹性能。在该步骤中，需要精确地控制飞秒激光刻蚀过程中薄膜表面形成的微纳粗糙结构和其润湿性的关系，一般而言，刻蚀时间越长，表面所形成的粗糙结构越明显，相应地，对其表面润湿性的贡献也是越大的，但是粗糙度与表面的透明度又是相互矛盾的，即粗糙度增大的同时其透明度反而会下降，因此需要平衡粗糙度与润湿性及透明度之间的关系，通过大量的实验可以看出，当刻蚀时间为1min～3min，所制备的聚二甲基硅氧烷薄膜具有良好的粗糙度、润湿性和透明度。

防指纹效果测试：

测试方法：人工汗液配方，乳酸3mL/L、醋酸5mL/L、氯化钠10g/L、磷酸氢纳10g/L、去离子水混合。

利用接触角测试仪通过悬滴法测量的防指纹薄膜的接触角。

测试结果：通过本发明制备的防指纹薄膜的汗液接触角在90°和107°之间。

对比例1

称取9.1g PDMS和0.9g硅酸四乙酯(质量比为10：1)置于烧杯中，充分搅拌使得PDMS和固化剂混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为10cm)上，置于100℃的真空烘箱中固化2h后，将薄膜揭起，制备得到PDMS薄膜，厚度为1mm。

采用接触角测试仪测试人工汗液在其表面的接触角为51°，说明其防指纹效果较差。

实施例1

称取9.1g PDMS和0.9g硅酸四乙酯(质量比为10：1)置于烧杯中，充分搅拌使得PDMS和固化剂混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为10cm)上，置于100℃的真空烘箱中固化2h后，将薄膜揭起，制备得到PDMS薄膜，厚度为1mm。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀1min后将薄膜取出，分别采用乙醇和水对其进行超声处理，处理时间为10min，然后置于烘箱中在80℃下烘干20min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为96°，说明其具有较好的防指纹效果。

对比例2

称取9.1g PDMS和0.9g硅酸四乙酯(质量比为10：1)和2g的十七氟癸基三乙氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得PDMS和固化剂混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为10cm)上，置于100℃的真空烘箱中固化2h后，将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为1mm。

采用接触角测试仪测试人工汗液在其表面的接触角为63°。

实施例2

称取9.1g PDMS和0.9g硅酸四乙酯(质量比为10：1)和2g的十七氟癸基三乙氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得上述混合物混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为10cm)上，置于100℃的真空烘箱中固化2h后将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为1mm。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀1min后将薄膜取出，分别采用乙醇和水对其进行超声处理，处理时间为10min，然后置于烘箱中在80℃下烘干20min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为107°，说明其具有较好的防指纹效果。

实施例3

称取4.8g PDMS和0.2g苯胺甲基三乙氧基硅烷(质量比为12：0.5)和0.5g的十三氟辛基三甲氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得上述混合物混合均匀，然后将其倒入聚氯乙烯板(长宽各为9cm)上，置于90℃的真空烘箱中固化2.5h后将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为0.5mm。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀2min后将薄膜取出，分别采用丙酮和水对其进行超声处理，处理时间为8min，然后置于烘箱中在70℃下烘干30min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为91°，说明其具有较好的防指纹效果。

实施例4

称取8g PDMS和1.5g苯胺甲基三乙氧基硅烷(质量比为8：1.5)和0.8g的十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得上述混合物混合均匀，然后将其倒入聚苯乙烯板(长宽各为11cm)上，置于110℃的真空烘箱中固化1.5h后将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为0.7mm左右。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀1min后将薄膜取出，分别采用丙酮和水对其进行超声处理，处理时间为20min，然后置于烘箱中在90℃下烘干20min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为90°，说明其具有较好的防指纹效果。

实施例5

称取8g PDMS和0.5gγ―氨丙基三乙氧基硅烷(质量比为8：0.5)和1g的十三氟辛基三甲氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得上述混合物混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为8.5cm)上，置于80℃的真空烘箱中固化1.8h后将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为1mm左右。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀3min后将薄膜取出，采用乙醇对其进行超声处理，处理时间为15min，然后置于烘箱中在75℃下烘干25min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为93°，说明其具有较好的防指纹效果。

实施例6

称取6g PDMS和0.75gγ―氨丙基三乙氧基硅烷(质量比为12：1.5)和0.5g的十七氟癸基三乙氧基硅烷置于烧杯中，充分搅拌使得上述混合物混合均匀，然后将其倒入聚四氟乙烯板(长宽各为12cm)上，置于100℃的真空烘箱中固化2h后将薄膜揭起，制备得到具有疏水物质的PDMS薄膜，厚度为0.65mm。将其置于飞秒激光刻蚀机中进行刻蚀，中心波长为800nm，脉宽为30fs，重复频率为1kHz，刻蚀1.5min后将薄膜取出，分别采用丙酮和水对其进行超声处理，处理时间为10min，然后置于烘箱中在80℃下烘干22min，得到防指纹薄膜。

测试得到本实施例制备的防指纹薄膜表面的汗液接触角为95°，说明其具有较好的防指纹效果。

综上所述，相比于未刻蚀的PDMS薄膜，在对PDMS薄膜进行刻蚀处理后，其表面防指纹效果得到了很大的提高，此外，通过将其他疏水物质加入到PDMS薄膜中，可以使得其表面的汗液接触角增大，疏水能力增强，最后通过对共混后的PDMS薄膜进行刻蚀处理，刻蚀后得到的PDMS薄膜的汗液接触角在90°和107°之间，可以看出，其防指纹性能得到了很大的提升。

本发明提供的防指纹薄膜的制备方法，通过采用飞秒激光刻蚀法对聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜进行刻蚀，使得PDMS薄膜表面产生微纳粗糙结构，通过对刻蚀时间的调节来控制汗液在PDMS薄膜表面的润湿性，从而实现防指纹的效果。还可以将其他疏水物质加入到PDMS薄膜中，并对其进行刻蚀，最终制得的防指纹薄膜的汗液接触角90°和107°之间，从而进一步提高其防指纹性能。本发明制备的防指纹薄膜具有较好的透明性、低表面能特性和柔软性等优点，薄膜厚度可控，且制备过程中不使用任何化学试剂或溶剂，环保无毒。采用本发明的制备方法制备得到的薄膜制备工艺简单，且可以直接贴附于各类基材表面，应用范围较广，大大简化了目前防指纹涂层的制备工艺，可以广泛地应用于电子显示触摸屏、头盔挡风屏幕、眼镜、窗户、精密仪器等表面，从而减少各种指纹及各种污渍的附着，提高擦拭清洁的能力。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

将聚二甲基硅氧烷、固化剂混合均匀，得到混合物，倒入基板上，固化，得到聚二甲基硅氧烷薄膜，以及

采用飞秒激光刻蚀法来刻蚀所述聚二甲基硅氧烷薄膜1min～3min，使得所述聚二甲基硅氧烷薄膜的表面产生微纳粗糙结构，超声，烘干，制得所述防指纹薄膜，

其中，在将所述混合物倒入所述基板之前，所述方法还包括：

向所述混合物中加入疏水材料。

2.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷与所述固化剂的质量比为8～12：0.5～1.5。

3.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述疏水材料与所述混合物的质量比为0.1～0.4：1～2。

4.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述疏水材料为十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为90～110℃，所述固化的时间为1.5～2.5h。

6.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为0.5～1mm。

7.根据权利要求1所述的防指纹薄膜的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为70～90℃。

8.一种根据权利要求1～7任一项所述的制备方法制备的防指纹薄膜。