本发明涉及复合材料领域，具体而言，一种表面防雾装置及其制备方法。
背景技术：
诸如玻璃、塑料等透明材料在工农业生产和日常生活以及军事领域中有着广泛的用途，这些材料让我们的世界更加明亮美观，也让我们的身体得到保护。然而，在温度较低的情况下，汽车的挡风玻璃表面会因结雾而大大降低能见度，从而增加发生交通事故的几率，此外，在农用大棚上结雾时，会大大降低大棚的透光率，削弱植物的光合作用，从而降低产量，雾化问题会给人们的工作和生活带来诸多不便，因此，对表面防雾装置的研究具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对相关技术中的问题，本发明研究了一种表面防雾装置的制备方法，以提供一种在不影响其性能的情况下具有良好的防雾效果的表面防雾装置。
本发明提供的表面防雾装置的制备方法，包括：对基材进行刻蚀，超声，得到刻蚀后的基材；以及将所述刻蚀后的基材浸渍于疏水溶液中，焙烘，制得表面防雾装置。
在上述制备方法中，所述基材为玻璃、聚对苯二甲酸类塑料、聚丙烯、聚乙烯中的一种或多种的组合。
在上述制备方法中，在等离子体刻蚀舱中进行所述刻蚀，所述刻蚀的刻蚀气体为cf4、o2、hf中的一种或多种的组合。
在上述制备方法中，所述刻蚀的时间为3～9min。
在上述制备方法中，所述超声的清洗溶剂为乙醇、水、丙酮中的一种或多种的组合，所述超声的时间为8～15min。
在上述制备方法中，所述疏水溶液中的溶质为十二烷基硅烷、十七氟烷基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合，所述疏水溶液中的溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种的组合。
在上述制备方法中，所述疏水溶液中溶质的质量分数为0.5～1％。
在上述制备方法中，所述刻蚀后的基材在所述疏水溶液中的浸渍时间为22～26h。
在上述制备方法中，所述焙烘的温度为90～120℃，焙烘的时间为1～4h。
由上述方法制备的表面防雾装置。
本发明通过对基材表面进行刻蚀处理，得到表面具有粗糙结构的基材，然后将其浸渍于疏水溶液中来制备表面防雾装置。本发明利用等离子体刻蚀法对基材进行刻蚀，不仅实现了对基材表面的活化处理，而且在表面上构筑了微纳粗糙结构，后续将疏水物质通过化学键键合于基材表面，因此其与基材之间的结合强度较好，这样可延长表面防雾装置的使用寿命，本发明所提供的表面防雾装置的制备方法可应用于汽车挡风玻璃、摩托车头盔镜片、浴室镜片、门窗玻璃、眼镜镜片、农用大棚等在与外界环境有温差时易结雾的表面，以防止这些产品在使用过程中因表面结雾而造成模糊，进而给日常生活或生产带来各种不便。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供的表面防雾装置的制备方法，包括以下步骤：
首先，对基材进行刻蚀处理，超声，得到刻蚀后的基材。在该步骤中，将基材(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，刻蚀功率为85～95w，刻蚀时间为3～9min，刻蚀后取出，将其放置到清洗溶剂中对其进行超声处理，处理时间为8～15min，以去除基材表面的杂质，最后置于烘箱中，在90～120℃的温度下烘干20～30min，以去除超声的清洗溶剂，使得基材的表面保持干燥，从而得到刻蚀后的基材，其中，基材为玻璃、聚对苯二甲酸类塑料(pet)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)中的一种或多种的组合，刻蚀舱中的刻蚀气体为cf4、o2、hf中的一种或多种的组合，用于刻蚀基材，超声的清洗溶剂为乙醇、水、丙酮中的一种或多种的组合，用于去除刻蚀后基材表面可能残留的杂质，而且超声的时间不能过短，否则可能会导致基材表面的残留物去除不完全，从而影响后续步骤中与疏水材料的结合。在该步骤中，采用等离子体刻蚀舱对基材进行刻蚀，不仅可以使得其表面产生微纳粗糙结构，而且可以暴露更多的诸如羟基活性基团。在该步骤中，需要精确地控制等离子体刻蚀过程中基材表面形成的微纳粗糙结构和其润湿性的关系，如果刻蚀时间越长，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，在发明中，将刻蚀时间控制在3～9min之间，以平衡粗糙度与润湿性及透明度之间的关系，以免在实现所需功能的同时又影响到基材的使用性能。
然后，将刻蚀后的基材浸渍于疏水溶液中，焙烘，制得表面防雾装置。在该步骤中，将刻蚀后的基材放置于溶质质量分数为0.5～1％的疏水溶液中浸渍22～26h，使得疏水溶液能够与基材表面的羟基充分发生反应，之后将其取出放置于90～120℃的烘箱中焙烘1～4h，去除基材表面残留的溶剂，制得表面防雾装置，其中，浸渍时间不能过短，否则可能导致基材表面的活性基团不能与疏水溶液中的溶质充分地反应，从而影响表面防雾装置的防雾性能。其中，疏水溶液中的溶质为十二烷基硅烷、十七氟烷基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合，疏水溶液中的溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种的组合，在该步骤中，通过浸渍的方式将疏水溶液中的溶质通过化学键合的方式接枝到基材表面，从而实现表面防雾装置的制备。
润湿性测试：利用接触角测试仪通过悬滴法测量表面防雾装置的接触角，测得本发明制备的表面防雾装置的接触角均在155°和165°之间。
防雾性测试：取相同大小的烧杯，分别装30g温度为80℃的水，然后分别将对比例以及实施例中制备的表面防雾装置置于烧杯上方，采用秒表对以上四个样品表面结雾时间进行记录。
透明度测试：采用紫外分光光度仪对处理后基材表面的透明度进行表征。
对比例
将玻璃(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所用到的气体为氢氟酸，刻蚀功率为90w，改变刻蚀时间分别为0min、1min、3min、5min、7min、9min、11min、13min后取出，分别采用乙醇和水对其进行超声处理，处理时间为10min。
润湿性测试：1min刻蚀后接触角为16°，3min及以上时水接触角均为0°，并且时间越长，水滴在其表面的润湿性越好。
防雾性测试：未处理的玻璃表面(刻蚀时间为0min)，经3s后开始出现小水珠，刻蚀时间为1～13min，经30s后出现少许水滴。
透明度测试：刻蚀时间小于等于9min时均具有较好的透明度，由此可知，刻蚀时间不能过长，否则将影响基材的透明度。
实施例1
将玻璃(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为cf4，刻蚀功率为90w，刻蚀5min后取出，分别将其放置到乙醇和水中对其进行超声处理，处理时间为10min，以去除玻璃表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在100℃的温度下烘干20min，得到刻蚀后的玻璃，将刻蚀后的玻璃放置于质量分数为1％的十二烷基硅烷的乙醇中浸渍24h，之后将其取出放置于100℃的烘箱中焙烘2h，使得十二烷基硅烷能够与玻璃表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为155°。
防雾性测试：经62s后出现少许水滴。
实施例2
将玻璃(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为cf4，刻蚀功率为90w，刻蚀5min后取出，分别将其放置到乙醇和水中对其进行超声处理，处理时间为10min，以去除玻璃表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在100℃的温度下烘干20min，得到刻蚀后的玻璃，将刻蚀后的玻璃放置于溶质质量分数为1％的十七氟烷基硅烷的乙醇中浸渍24h，之后将其取出放置于100℃的烘箱中焙烘2h，使得十七氟烷基硅烷能够与玻璃表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为165°。
防雾性测试：经85s后出现少许水滴。
实施例3
将聚对苯二甲酸类塑料(pet)(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为o2，刻蚀功率为85w，刻蚀3min后取出，分别将其放置到丙酮和水中对其进行超声处理，处理时间为10min，以去除聚对苯二甲酸类塑料(pet)表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在90℃的温度下烘干30min，得到刻蚀后的基材，将刻蚀后的基材放置于溶质质量分数为0.5％的十三氟辛基三甲氧基硅烷的甲醇中浸渍22h，之后将其取出放置于120℃的烘箱中焙烘1h，使得十三氟辛基三甲氧基硅烷能够与聚对苯二甲酸类塑料(pet)表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为160°。
防雾性测试：经60s后出现少许水滴。
实施例4
将聚丙烯(pp)(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为o2，刻蚀功率为95w，刻蚀3min后取出，分别将其放置到丙酮和乙醇中对其进行超声处理，处理时间为12min，以去除聚丙烯(pp)表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在120℃的温度下烘干20min，得到刻蚀后的聚丙烯，将刻蚀后的聚丙烯放置于溶质质量分数为0.5％的十七氟烷基硅烷的正丙醇中浸渍22h，之后将其取出放置于90℃的烘箱中焙烘4h，使得十七氟烷基硅烷能够与聚丙烯(pp)表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为165°。
防雾性测试：经90s后出现少许水滴。
实施例5
将聚乙烯(pe)(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为hf，刻蚀功率为90w，刻蚀7min后取出，分别将其放置到乙醇和水中对其进行超声处理，处理时间为8min，以去除聚乙烯(pe)表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在110℃的温度下烘干25min，得到刻蚀后的聚乙烯(pe)，将刻蚀后的聚乙烯(pe)放置于溶质质量分数为0.8％的十二烷基硅烷的异丙醇中浸渍26h，之后将其取出放置于100℃的烘箱中焙烘3h，使得十二烷基硅烷能够与聚乙烯(pe)表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为163°。
防雾性测试：经89s后出现少许水滴。
实施例6
将聚乙烯(pe)(大小为2×5cm)放置于等离子体刻蚀舱中，所采用的刻蚀气体为hf，刻蚀功率为95w，刻蚀9min后取出，将其放置到丙酮中对其进行超声处理，处理时间为15min，以去除聚乙烯(pe)表面的残留杂质，然后置于烘箱中，在100℃的温度下烘干30min，得到刻蚀后的聚乙烯(pe)，将刻蚀后的聚乙烯(pe)放置于溶质质量分数为0.8％的十三氟辛基三甲氧基硅烷的甲醇中浸渍26h，之后将其取出放置于110℃的烘箱中焙烘2h，使得十三氟辛基三甲氧基硅烷能够与聚乙烯(pe)表面的羟基充分发生反应，从而制得表面防雾装置。
润湿性测试：接触角为159°。
防雾性测试：经67s后出现少许水滴。
由实施例1和2可以看出，由于实施例2中采用具有更好的疏水性能的含氟的十七氟烷基硅烷作为疏水材料，因此所制备的表面防雾装置具有比实施1中制备的更好的疏水性能。由对比例和实施例1～6也可以看出，经过刻蚀处理后的表面在浸渍于疏水溶液之后，具有较好的防雾性能。
本发明通过对基材表面进行刻蚀处理，得到表面具有粗糙结构和活性基团的基材，然后将其浸渍于疏水溶液中通过化学键合来制备表面防雾装置。本发明利用等离子体刻蚀法对基材进行刻蚀，不仅实现了对基材表面进行活化处理，而且在表面上构筑了微纳粗糙结构，后续通过化学键将疏水物质键合于基材表面的活性基团，因此其与基材之间的结合强度较好，这样可延长表面防雾装置的使用寿命，并且所制备的表面防雾装置的接触角在155°和165°之间，属于超疏水的表面，因此具有优异的防雾性能。本发明所提供的表面防雾装置的制备方法可应用于汽车挡风玻璃、摩托车头盔镜片、浴室镜片、门窗玻璃、眼镜镜片、农用大棚等在与外界环境有温差时易结雾的表面，以防止这些产品在使用过程中因表面结雾而造成模糊，进而给日常生活或生产带来各种不便。
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。