CN111410763B - 一种防雾涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用层层组装技术在各种光学透明的疏水材料上提供一种防雾涂层的制备方法，包括疏水材料基底的处理，等离子体清洗处理疏水材料基底表面，构筑基元的选择，多层膜涂层的制备。利用上述步骤可以在光学玻璃、市售眼镜片、农用聚烯烃棚膜等疏水基底表面制备具有防雾功能的亲水涂层。并且可以根据不同应用需求，通过调节沉积周期数得到不同厚度的防雾涂层。所制备的防雾涂层不受疏水材料的形状和大小限制，对于不规则表面均可进行防雾涂层的附着。涂层的制备过程简单快速。本发明制备的防雾涂层接触角最小可达到38.5°。本发明的原料易得，操作简单，成本低廉，工艺环保。

Description

一种防雾涂层的制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料制备技术领域，一种防雾涂层的制备方法。
背景技术：
光学透明的材料是人们日常生活中不可或缺的，但是在透明材料两面存在一定温差时极易起雾导致严重的光散射使得光学透过率降低，这种雾化现象给人们带来很多困扰，甚至造成重大的经济损失。比如挡风玻璃、眼镜、后视镜上发生雾化时，可能发生意外危险。农用棚膜由于早晚温差大而产生雾化现象，不仅影响作物生长，严重时还会造成作物腐烂、枯萎。雾化现象还会影响电子设备或食品包装的使用。因此研究透明防雾涂层具有重要的意义。
中国专利CN201810286368.7报道了一种涂层防雾眼镜片及制备方法，该类防雾涂层适用于普通树脂镜片，应用范围小，实验过程与条件复杂。
中国专利CN201710668657.9报道了一种超亲水自清洁防雾涂层及其制备方法，该类防雾涂层通过浸涂或喷涂的方式涂覆于基材表面，使用这种方法保持防雾效果，需定期反复喷刷防雾剂，不方便且实用性不强。
发明内容：
本发明的目的是利用层层组装技术在各种光学透明的疏水材料上提供一种防雾涂层的制备方法。
本发明提供的一种防雾涂层的制备方法，步骤和条件如下：
(1)疏水材料基底的处理
室温下，用去离子水和无水乙醇将疏水材料表面擦拭干净，晾干。所述的疏水材料可以是任意形状体积的光学透明材料，包括光学玻璃、市售眼镜片、农用聚烯烃棚膜。所述的无水乙醇体积浓度为99.8％，去离子水为实验室自制。
(2)等离子体清洗处理疏水材料基底表面
将步骤(1)中制备好的疏水材料进行等离子体清洗，处理后在疏水材料表面基底上引入羟基以便防雾涂层的制备。该等离子体清洗处理所用仪器型号为YZD08-5C，氧气能量为80W，处理时间2min，处理气体为氧气。
(3)不同周期的防雾涂层的制备
a.构筑基元的选择
本发明所涉及的层层组装技术制备防雾涂层的制备机理是硼酸根(BO4 -)与羟基(OH-)的络合反应，采用的是BO4 -构筑基元和OH-为另外一种构筑基元的交替沉积。本发明中选择北京化工厂生产的硼酸(H3BO3)作为BO4 -代表，Aldrich生产的聚乙烯醇(PVA)作为OH-代表。
a.多层膜涂层的制备
将步骤(2)中经过等离子体清洗处理羟基化的基底表面交替置于PVA溶液和硼酸溶液中各浸泡1-60min，并置于去离子水中浸泡或冲洗1-5min去除基底表面每次浸泡后物理吸附的构筑基元，从而完成一个周期的层状组装膜的制备；重复以上操作，在基底上利用层层组装技术制备出厚度可控的多层膜涂层。所述的PVA溶液浓度为5-20wt％；所述的硼酸溶液浓度为饱和溶液，温度为25-80℃。
有益效果：
本发明提供了一种利用层层组装技术在各种光学透明的疏水材料上提供一种防雾涂层的制备方法，包括疏水材料基底的处理，等离子体清洗处理疏水材料基底表面，构筑基元的选择，多层膜涂层的制备，利用上述步骤可以在挡风玻璃、眼睛、后视镜、农用棚膜等疏水基底表面制备具有防雾功能的亲水涂层。并且可以根据不同应用需求，通过调节沉积周期数得到不同厚度的防雾涂层。所制备的防雾涂层不受疏水材料的形状和大小限制，对于不规则表面均可进行防雾涂层的附着。涂层的制备过程简单快速。本发明制备的防雾涂层接触角最小可达到38.5°。本发明的原料易得，工艺简单，实施难度小，过程温和环保。
附图说明：
图1为沉积周期数为4的多层膜涂层的接触角图。
具体实施方式：
以下通过一些实例来进一步阐明本发明的具体实施和结果，而不是通过这些实例来限制本发明。
实施例1：一种防雾涂层的制备方法，制备的条件和步骤如下：
(1)疏水材料基底的处理
所选用的疏水材料基底为低密度聚乙烯(LLDPE)膜，室温下，用去离子水和无水乙醇将LLDPE膜表面擦拭干净，以去除基底表面的各种杂质，室温下晾干。所述的无水乙醇体积浓度为99.8％，去离子水为实验室自制。
(2)等离子体清洗处理疏水材料基底表面
将步骤(1)中处理干净的LLDPE膜表面基底放入等离子体清洗机中进行等离子体清洗处理，处理后在LLDPE膜表面基底上引入羟基以便防雾涂层的制备。该等离子体清洗处理所用仪器型号为YZD08-5C，氧气能量为80W，处理时间2min，处理气体为氧气。这样处理过的基底表面具有大量OH-。
(3)不同周期的防雾涂层的制备
a.构筑基元的制备
1)70℃的饱和硼酸溶液：用电子天平称取一定量的硼酸加入装有300mL去离子水的烧杯中，放入70℃水浴锅中搅拌1h，再称取一定量的硼酸加入烧杯继续加热搅拌，重复以上操作，直到烧杯底部有未溶解的硼酸粉末，取上清液置于70℃恒温水浴锅中保温，从而得到70℃饱和硼酸溶液。
2)5wt％的PVA溶液：用电子天平称取15.8gPVA加入装有300mL去离子水的烧杯中浸泡，过夜。过夜目的是为了让PVA颗粒充分溶胀以便于溶解。将溶胀后的PVA溶液置于90℃水浴锅中加热搅拌2-3h，直到PVA全部溶解成为均一PVA溶液，冷却至室温。
b.多层膜涂层的制备
将经过(1)(2)处理过的LLDPE膜表面基底浸入70℃饱和硼酸溶液中浸泡10min，使其表面通过层层组装修饰一层BO4 -离子，取出水洗1min；再浸入5wt％的PVA溶液中浸泡30min，使得BO4 -与PVA中的OH-有充分时间发生络合反应，取出水洗1min晾干，便得到修饰了一个周期的层状组装膜。重复以上操作，可以得到n个周期的层状组装膜涂层。n代表沉积的多层膜涂层的周期数。用接触角测量仪测量沉积周期为4时的接触角为38.5°，用紫外分光光度计测量沉积周期为4时的透过率为82.8％。
实施例2：一种防雾涂层的制备方法，制备的条件和步骤如下：
疏水材料基底的处理、等离子体清洗处理疏水材料基底表面及构筑基元的制备过程与实例1相同。
在多层膜涂层的制备过程中所述的处理过的LLDPE膜表面基底浸入70℃饱和硼酸溶液中浸泡20min；所述的浸入5wt％的PVA溶液中50min。重复操作3个周期，得到3个周期的层状组装膜涂层。
实施例3：一种防雾涂层的制备方法，制备的条件和步骤如下：
疏水材料基底的处理、等离子体清洗处理疏水材料基底表面及构筑基元的制备过程与实例1相同。
在多层膜涂层的制备过程中所述的处理过的LLDPE膜表面基底浸入70℃饱和硼酸溶液中浸泡30min；所述的浸入5wt％的PVA溶液中60min。重复操作3个周期，得到3个周期的层状组装膜涂层。
实施例4：多层膜涂层的亲水性测试
将实施例1制备好的沉积周期为4的多层膜涂层与经过步骤(1)处理的LLDPE膜分别在装有100mL去离子水的烧杯中浸泡2min。用镊子将周期为4的多层膜涂层与LLDPE膜同时从水中缓慢取出，发现周期为4的多层膜涂层上的水是完全铺展开的，而未修饰多层膜涂层的LLDPE膜表面的水滴很快聚集滴落，说明沉积多层膜涂层以后基底表面是亲水的，且亲水能力很强。

Claims (2)

1.一种防雾涂层的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
(1)疏水材料基底的处理
室温下，用去离子水和无水乙醇将疏水材料表面擦拭干净，晾干；所述的疏水材料是任意形状体积的光学透明材料，包括光学玻璃、市售眼镜片、农用聚烯烃棚膜；所述的无水乙醇体积浓度为99.8％，去离子水为实验室自制；
(2)等离子体清洗处理疏水材料基底表面
将步骤(1)中制备好的疏水材料进行等离子体清洗，处理后在疏水材料表面基底上引入羟基以便防雾涂层的制备，该等离子体清洗处理所用仪器型号为YZD08-5C，氧气能量为80W，处理时间2min，处理气体为氧气；
(3)不同周期的防雾涂层的制备
a.构筑基元的选择
所涉及的层层组装技术制备防雾涂层的制备机理是硼酸根(BO4 -)与羟基(OH-)的络合反应，采用的是BO4 -构筑基元和OH-为另外一种构筑基元的交替沉积；选择北京化工厂生产的硼酸(H3BO3)作为BO4 -代表，Aldrich生产的聚乙烯醇(PVA)作为OH-代表；
b.多层膜涂层的制备
将步骤(2)中经过等离子体清洗处理羟基化的基底表面交替置于PVA溶液和硼酸溶液中各浸泡1-60min，并置于去离子水中浸泡或冲洗1-5min去除基底表面每次浸泡后物理吸附的构筑基元，从而完成一个周期的层状组装膜的制备；重复以上操作，在基底上利用层层组装技术制备出厚度可控的多层膜涂层；所述的PVA溶液浓度为5-20wt％；所述的硼酸溶液浓度为饱和溶液，温度为25-80℃。
2.如权利要求1所述的一种防雾涂层的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下:所述多层膜涂层制备中，经过等离子体处理的羟基化基底表面交替置于PVA溶液和饱和硼酸溶液中各浸泡1-60min，并置于去离子水中浸泡或冲洗1-5min去除基底表面每次浸泡后物理吸附的构筑基元，从而完成一个周期的层状组装膜的制备；重复以上操作，在基底上利用层层组装技术制备出周期数为3-6的多层膜涂层。
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