CN110144569A - 长效亲水薄膜的制备方法 - Google Patents

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杨福年
郑锡文
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Abstract

本发明提供了一种长效亲水薄膜的制备方法，包括：步骤A：等离子制备，醇类或羟酸类聚合物进行加热后变为气体进入反应腔体，分解为等离子体；步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。本发明打破传统的膜层涂布工艺，实现了合成与成膜一体化的工艺，提高生产效率，降低生产成本。

Description

长效亲水薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及亲水薄膜技术领域，尤其涉及一种长效亲水薄膜的制备方法。
背景技术
超亲水表面指水的接触角小于5度的表面,超亲水表面已应用于各种商业领域，涉及自洁、防雾、防污性能和生物医药等方面。亲水膜的制备方法较多，现在报道的超亲水表面主要有TiO2薄膜及等离子接枝表面。超亲水表面主要作用在于改善表面的湿润性能。超亲水表面的亲水作用机理各不相同。
其中一种是利用光催化物质，如二氧化钛及氧化锌，它们受紫外线或可见光的辐射影响后，具有超亲水的性能。不过，当薄膜被放置在一个黑暗的环境中，由光催化活性引起的超亲水性薄膜通常会在几个小时内失去其表面亲水能力。
另一种通过等离子接枝，在物件表面生成活性氧自由基(如：·OH，O2一，·OOH)，可以和空穴反应生成氧基空穴具备亲水表面，但随着放置时间的增加，表面的O、C含量发生改变，含氧基团减少，引起亲水性降低，使得润湿性重新变差，导致等离子体处理改善的亲水表面润湿性具有时效，这种亲水表面受不同地材的影响也存在一定亲水效果差异。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种长效亲水薄膜的制备方法，包括：步骤A：等离子制备，醇类或羟酸类聚合物进行加热后变为气体进入反应腔体，分解为等离子体；步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。本发明打破传统的膜层涂布工艺，实现了合成与成膜一体化的工艺，提高生产效率，降低生产成本。
优选地，所述步骤A中选用乙酸乙烯酯进行等离制备时，制备时间为1000-2000s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为20-50W，流量为10-20sccm，热药罐温度为35-50℃。
优选地，所述步骤B中基底材料为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。本发明通过等离子体合成的高分子亲水材料以纳米离子形式快速、高效、无污染地沉积在底材表面，形成一种目视无法看见的纳米防护膜，基底材料不做限制，使用范围广，且其渗透能力强，实现360度无死角沉积。
优选地，所述步骤B中制得的亲水薄膜厚度为1-1000nm，亲水薄膜的最低水滴接触角小于5°。
根据本发明的一个方面，提供了一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：等离子制备，气体进行加热后进入反应腔体，分解为等离子体；
步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。
优选地，所述步骤A中选用气体为O2，制备时间为200-1000s，基本压力为40-60mt，工作压力为40-60mt，功率为200-300W，流量为20-200sccm。
优选地，所述步骤A中选用气体为Ar，制备时间为160-200s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为300-360W，流量为150-250sccm。
优选地，所述基底材料为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。
优选地，所述步骤B中制得的亲水薄膜厚度为1-1000nm；亲水薄膜的最低水滴接触角小于5°。
附图说明
图1是本发明实施例长效亲水薄膜的制备方法的示意图。
具体实施方式
近年来，超亲水薄膜亲水性的发现，促使人们研制开发出防雾自清洁等产品。目前我国已有许多院校、科研机构和玻璃企业相继研制开发超亲水玻璃产品。其一为防雾性能。蒸汽在是很容易镜子和玻璃上面形成雾。然而，使用超亲水涂料，可以抑制水滴的生成。超亲水涂料膜可以应用于挡水玻璃巾从而除去水滴。运用超亲水性表面的镜子或玻璃，但其表面仍是半透明且无雾。其二为利用降雨进行自洁。在固体表面上，颗粒一般会趋于附着亲水性小的物质上，从而减少亲油物质表面积和界面自由能。当表面涂上的超亲水膜后，表面达到超亲水性。预防有机物质在表面上聚集，使水完全铺展于固体表面，防止在固体表面形成水滴储藏污垢和形成水条纹。其三为其它方面的应用。超亲水性还能应用于其他产品中。超亲水膜层可用于防止水滴在内窗玻璃和温室形成，这可以达到保护蔬菜腐烂的目的。将超亲水表面施用于热交换器中，可以提高临界热流数值，从而提高热交换效率。此外，超亲水表面在建筑降温，生物医药方面也有多种应用。
本发明提供了一种长效亲水薄膜的制备方法，包括：步骤A：等离子制备，醇类或羟酸类聚合物进行加热后变为气体进入反应腔体，分解为等离子体；步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。本发明打破传统的膜层涂布工艺，实现了合成与成膜一体化的工艺，提高生产效率，降低生产成本。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种长效亲水薄膜的制备方法。图1是本发明实施例长效亲水薄膜的制备方法的示意图。如图1所示，本发明提供的长效亲水薄膜的制备方法，包括：步骤A：等离子制备，醇类或羟酸类聚合物进行加热后变为气体进入反应腔体，分解为等离子体；步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。
步骤A中优选用乙酸乙烯酯，以下对乙酸乙烯酯的理化性质和安全健康性进行介绍。
关于乙酸乙烯酯的理化性质具体如下述：
气味：具有甜的醚味的无色易燃液体。可燃性：易燃。沸点：72-73℃。溶解性：微溶于水，溶于醇、醚、丙酮、苯、氯仿。密度：相对密度(水＝1)0.93。稳定性：稳定。
关于乙酸乙烯酯的健康危害具体如下述：
侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：本品对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激性。长时间接触有麻醉作用。
关于乙酸乙烯酯的毒理学内容，具体如下述：
毒性：属低毒类。急性毒性：LD502900mg/kg(大鼠经口)；2500mg/kg(兔经皮)；LC5014080mg/m3，4小时(大鼠吸入)。亚急性和慢性毒性：大鼠吸入2.4mg/m3，24小时，轻度肝脏酶变化。致癌性：IARC致癌性评论：动物为不肯定性反应。
关于乙酸乙烯酯的危险特性，具体如下述：
易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。极易受热、光或微量的过氧化物作用而聚合，含有抑制剂的商品与过氧化物接触也能猛烈聚合。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳。
关于乙酸乙烯酯对设备腐蚀性：相关资料显示其对不锈钢无腐蚀。
基于上述，选用乙酸乙烯酯进行等离制备时，制备参数范围如下：
制备时间为1000-2000s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为20-50W，流量为10-20sccm，热药罐温度为35-50℃。
进一步提供一种最优选制备参数：
制备时间为1800s，基本压力为15mt，工作压力为35mt，功率为40W，流量为15sccm，热药罐温度为45℃。
具体的，步骤B中基底材料为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。本领域技术人员可以根据需要进行调整和替换，这里不进行具体限定。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种长效亲水薄膜的制备方法，包括：步骤A：等离子制备，气体进行加热后进入反应腔体，分解为等离子体；步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。
步骤A中选用气体为O2进行等离子制备时，制备参数范围如下：
制备时间为200-1000s，基本压力为40-60mt，工作压力为40-60mt，功率为200-300W，流量为20-200sccm。
进一步提供一种最优选制备参数：
制备时间为600s，基本压力为50mt，工作压力为50mt，功率为250W，流量为110sccm。
步骤A中选用气体为Ar进行等离子制备时，制备参数范围如下：
制备时间为160-200s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为300-360W，流量为150-250sccm。
进一步提供一种最优选制备参数：
制备时间为180s，基本压力为15mt，工作压力为35mt，功率为336W，流量为203sccm。
具体的，步骤B中基底为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。本领域技术人员可以根据需要进行调整和替换，这里不进行具体限定。
基于以上两个实施例，进一步进行成膜试验如下
备注：水滴角测试方法：水滴滴下3秒后冻结图片进行水滴角测试，每个样品测试两个点。
验证结论如下：
1.乙酸乙烯酯等离子处理亲水膜层水滴角最低可以达到20-25°，处理后的样品随着放置时间的推移水滴角测试会逐渐变小，玻璃可以达到5°，PC板可以达到10°左右，时效性好。
2.O2等离子处理亲水膜层水滴角最低可达到≤5°，处理后的样品随着放置时间的推移水滴角测试会逐渐变大，时效性较差。
3.O2和乙酸乙烯酯复合亲水膜层随O2处理时间的长短亲水时效性有差异，O2处理时间越长，时效性越差。
应该说明的是，乙酸乙烯酯等离子处理不同的材质亲水效果会有差异，达不到超亲水(水滴角≤5°)的效果，有待进一步验证不同材质和超亲水效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：等离子制备，醇类或羟酸类聚合物进行加热后变为气体进入反应腔体，分解为等离子体；
步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A中选用乙酸乙烯酯进行等离制备时，制备时间为1000-2000s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为20-50W，流量为10-20sccm，热药罐温度为35-50℃。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中基底材料为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中制得的亲水薄膜厚度为1-1000nm，亲水薄膜的最低水滴接触角小于5°。
5.一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：等离子制备，气体进行加热后进入反应腔体，分解为等离子体；
步骤B：在基底表面进行聚合反应，在基底表面直接制得亲水薄膜。
6.根据权利要求4所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A中选用气体为O2，制备时间为200-1000s，基本压力为40-60mt，工作压力为40-60mt，功率为200-300W，流量为20-200sccm。
7.根据权利要求4所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A中选用气体为Ar，制备时间为160-200s，基本压力为10-20mt，工作压力为30-40mt，功率为300-360W，流量为150-250sccm。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述基底材料为玻璃、金属、聚合物、纤维和布料中的一种或多种。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的一种长效亲水薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B中制得的亲水薄膜厚度为1-1000nm；亲水薄膜的最低水滴接触角小于5°。
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