一种亲水膜层及其制备方法与流程

本公开涉及亲水防雾领域，特别涉及一种亲水膜层及其制备方法。

背景技术：

1、基材表面温度低于空气中饱和水蒸气的露点温度时，水蒸气会凝结成细小水滴粘附在基材表面，发生起雾现象。当为透明基材起雾时，光线透过率降低，直接影响视野的可见度。

2、亲水膜以其高表面能可以快速摊平水滴形成均匀的水膜，不降低视野的清晰度。为实现亲水效果，有原材料组成改性及基材表面后处理亲水改性处理两种办法。其中，后处理改性，常用的材料有无机材料，有机材料，以及有机无机杂化材料等；无机材料硬度大，但与基材的结合力较差，一般需要高温焙烧，易粉化；有机材料膜层制备方便且与基材的结合力好，但膜层硬度低不耐摩擦。

3、专利cn109942207a中公开一种亲水玻璃制品的制备方法，共包括两步工艺，首先将玻璃浸入三丁基锡有机酸酯、二氧化硅、乙酐和丁醇的混合液中，提拉成膜，提拉速度为1-10mm/s，干燥后，在520-600℃下焙烧2-3小时，冷却，得到底膜；其次将玻璃制品置于钢化箱中，加热至650-710℃，同时从各个方向同时通入n2和亲水剂，20-30分钟后，停止通气，迅速将玻璃制品降温至常温后，钢化结束，将玻璃制品从钢化箱中取出，得到亲水玻璃制品。利用第一步得到氧化锡纳米晶膜，然后第二步通过n2和亲水试剂提高玻璃的亲水性。这种提高玻璃表面亲水性的方法，需要经高温焙烧冷却工艺，对已经具有特定结构的玻璃制品及其他有机材料不具有普适性。

4、专利cn114042614 a中公开一种大面积制备超亲水薄膜的办法。将无机纳米粒子(二氧化硅、二氧化钛、二氧化锌、二氧化锆纳米粒子中的一种)和表面活性剂溶于水中，采用超声波辅助喷涂法对大面积基材表面进行喷涂，然后涂层进行加热干燥固化。其喷嘴与基底的高度为30～100mm，这种超声波喷涂的办法一般适用于平面基材，且喷涂需重复20次左右才能得到超亲水膜，说明单次喷涂的膜层的致密性不足，并需经100℃的加热干燥10min，不适于温度升高易发生形变的基材。

5、因此，需要开发一种将有机材料、无机材料与基材的特点相结合的亲水膜层的制备方法，以制备具有良好亲水性能与耐磨性能的亲水膜层。

技术实现思路

1、本公开的具体实施方式提供一种亲水膜层，所述亲水膜层是由基材接触单体α、单体β与单体γ的等离子体形成的等离子体聚合膜层；所述单体α为具有1个以上硅原子的有机硅单体，所述有机硅单体由硅原子与端基、或者硅氧骨架与端基组成，所述端基由氢原子、羟基、c1-c4的烷基或c1-c8的取代烷基中的至少一种与c1-c8的不饱和烃基组成；

2、所述单体β具有式(1)的结构，

3、

4、式(1)中，r1、r2、r3和r4分别独立的选自氢原子、c1-c4的烷基、c1-c8的羟基取代烷基、c1-c8的羧基取代烷基或c1-c8的氨基取代烷基；

5、所述r1、r2和r3中至少一个选自c1-c8的羟基取代烷基、c1-c8的羧基取代烷基或c1-c8的氨基取代烷基，或所述r4选自氢原子、c1-c8的羟基取代烷基、c1-c8的羧基取代烷基或c1-c8的氨基取代烷基；

6、所述单体γ具有式(2)的结构，

7、

8、式(2)中，r5、r6和r7分别独立的选自氢原子、卤素原子、c1-c4的烷基或c1-c4的卤素取代烷基；r8选自c1-c8的烷基或c1-c8的卤素取代烷基。

9、在一些具体实施方式中，所述c1-c8的取代烷基的取代基为羟基、羧基或氨基。

10、在一些具体实施方式中，所述端基包括2个以上的c1-c8的不饱和烃基。

11、在一些具体实施方式中，所述不饱和烃基为烯烃基。

12、在一些具体实施方式中，所述端基由羟基与c1-c4的不饱和烃基组成。

13、在一些具体实施方式中，所述端基由羟基与乙烯基组成。

14、在一些具体实施方式中，所述单体α由硅氧烷单体δ的水解产物与硅氧烷单体ε的水解产物反应制备获得；

15、所述硅氧烷单体δ具有式(3)的结构，

16、

17、式(3)中，r9、r10和r11分别独立的选自氢原子、c1-c4的烷基、c1-c8的取代烷基、c1-c4的烷氧基或c1-c8的取代烷氧基；r12选自氢原子、c1-c4的烷基或c1-c8的取代烷基；

18、所述硅氧烷单体ε具有式(4)的结构，

19、

20、式(4)中，r13为c1-c8的不饱和烃基，r14和r15分别独立的选自氢原子、c1-c4的烃基、c1-c8的取代烃基、c1-c4的烷氧基、c1-c8的取代烷氧基；r16选自氢原子、c1-c4的烷基或c1-c8的取代烷基。

21、在一些具体实施方式中，所述c1-c8的取代烷基的取代基为羟基、羧基或氨基。

22、在一些具体实施方式中，式(3)中，所述r9、r10和r11分别独立的选自甲氧基或乙氧基，所述r12选自甲基或乙基。

23、在一些具体实施方式中，所述硅氧烷单体δ选自：四甲氧基硅烷、正硅酸四乙酯、四丙氧基硅烷、硅酸四丁酯、正硅酸四异丙酯、以及三乙氧基硅烷中的一种或几种。

24、在一些具体实施方式中，式(4)中，所述r13为c1-c4的烯烃基。

25、在一些具体实施方式中，式(4)中，所述r13为乙烯基。

26、在一些具体实施方式中，式(4)中，所述r14和r15分别独立的选自甲氧基或乙氧基。

27、在一些具体实施方式中，所述硅氧烷单体ε选自：乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二乙氧基甲基乙烯基硅烷、乙烯三[(1-甲基乙烯基)氧]硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、2-丁烯基三乙氧基硅烷、3-丁烯三乙氧基硅烷、二乙氧基二乙烯基硅烷、以及5-己烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

28、在一些具体实施方式中，式(1)中，所述r1和r2为氢原子，所述r3为氢原子或甲基，所述r4为c1-c4的羟基烷基。

29、在一些具体实施方式中，所述单体β选自：甲基丙烯酸羟乙酯、4-羟基丁基丙烯酸酯、2-羟甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、以及丙烯酸n,n-二乙基氨基乙酯中的一种或多种。

30、在一些具体实施方式中，式(2)中，所述r5和r6为氢原子，所述r7为氢原子、甲基或卤素原子，所述r8选自c1-c4的烷基。

31、在一些具体实施方式中，所述单体γ选自：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、以及2-氟丙烯酸甲酯中的一种或多种。

32、在一些具体实施方式中，所述单体α的加入重量为a，所述单体β的加入重量为b，所述单体γ的加入重量为c，所述单体α占单体总重量的比a/(a+b+c)不大于30％。

33、在一些具体实施方式中，所述单体β与单体γ加入重量比b/c为1:1～30:1。

34、在一些具体实施方式中，所述亲水膜层的水接触角在20°以下。

35、在一些具体实施方式中，所述亲水膜层的水接触角在10°以下。

36、在一些具体实施方式中，将表面形成有所述亲水膜层的镜片置于18℃～28℃的蒸馏水中1～2h，取出所述镜片擦干，置于温度18℃～28℃和相对湿度50％的空气中12h，将所述镜片置于49.5℃～50.5℃的测试口，记录所述镜片的透射比，60s后所述镜片的透射比高于起雾前透射比的80％。

37、本公开的具体实施方式还提供一种以上任意的亲水膜层的制备方法，所述制备方法包括：将基材置于等离子体反应腔室内；将单体α、单体β与单体γ通入气化室气化后通入所述等离子体反应腔室，开启等离子体放电，所述单体α、所述单体β和所述单体γ的等离子体在所述基材表面化学气相沉积形成所述亲水膜层。

38、在一些具体实施方式中，所述等离子体放电为脉冲放电，放电功率为10～400w，脉冲占空比为0.1％～100％，放电时间为200～36000s。

39、本公开的具体实施方式还提供一种产品，所述产品的至少部分表面具有以上任意的亲水膜层。

40、与现有技术相比，本公开实施例的技术方案具有以下有益效果：

41、本公开的具体实施方式的亲水膜层，由基材接触单体α、单体β与单体γ的等离子体形成的等离子体聚合膜层，所述单体α为具有1个以上硅原子的有机硅单体，所述有机硅单体由硅原子与端基、或者硅氧骨架与端基组成，所述端基由氢原子、羟基、c1-c4的烷基或c1-c8的取代烷基中的至少一种与c1-c8的不饱和烃基组成；单体β为含有亲水基团与丙烯酸酯结构的有机化合物，单体γ为含有疏水基团与丙烯酸酯结构的有机化合物。所述亲水膜层的水接触角在20°以下，具有良好的亲水性能、防雾性能与耐摩擦性能。