具有高附着力的超疏水涂层及其制备方法以及电子产品与流程

本发明涉及防水材料
技术领域：
，具体而言，涉及一种具有高附着力的超疏水涂层及其制备方法以及电子产品。
背景技术：
：随着社会的快速发展，工业发达，使得人们的生活越来越好。然而，在这些工业迅速发展的同时，也给人们生活带来了不可忽视的负面影响。尤其是现在存在的各种污染随处可见，其中空气中越来越多的粉尘显得格外突出。污染物经常吸附一些暴露在空气中的建筑玻璃墙面经常需要需要人工去清理，这不仅仅会浪费大量的人力和财力，而且会给清洁工人们带来一定的危险。此时，如果能在这些暴露在空气中的物体表面加以一些自清洁涂层是非常有必要的。目前，研究发现，要想达到自清洁的效果，主要可以从超疏水和超亲水两个方面来解决。超亲水达到自清洁效果的原理是，当水接触在超亲水涂层表面上时，由于水与超亲水涂层表面水接触角非常小(水接触角≤10°)时，水将会快速的在超亲水的表面延展开，以一种水薄膜的形式存在。这将会带走表面灰尘等脏物从而达到自清洁的效果；超疏水达到自清洁效果的原理是，当水接触在超疏水涂层表面时，由于水与超疏水涂层表面水接触角非常大(水接触角≥150°)时，水会在涂层表面以水珠形式存在，具有很大的滚动角，会迅速滚动滑落。同样会带走表面灰尘等脏物从而达到自清洁的效果。同时，高科技产业也在迅猛地发展，电子产品更是经历了一轮又一轮的更新换代。然而，水一直是电子设备的天敌，最大的致命伤就算其内部元件一旦进水或受潮，将造成无法挽救的地步。生活中常见的带有透明显示屏的电子产品也因水而导致损坏也是司空见惯的现象。如手机、手表、电脑、室外广告显示屏，游泳池水下效果灯等都经常出现进水而损坏的现象。但现有技术通常采用带有疏水功能的涂料直接涂覆在基材表面，因此，存在附着力差，透光性差的问题。技术实现要素：本发明的目的之一在于提供一种具有附着力强，光学透过率高的具有高附着力的超疏水涂层。进一步地，本发明的目的还在于提供上述具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其制备工艺过程简单，工艺条件温和。更进一步地，本发明的目的还在于提供一种电子产品，其具有较佳的防水性能。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提供了一种具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其包括：利用低表面能官能团修饰剂对基材表面的纳米二氧化硅涂层进行化学修饰，其中，纳米二氧化硅涂层通过等离子体增强化学气相沉积法制备得到。本发明还提供了一种具有高附着力的超疏水涂层，其由上述具有高附着力的超疏水涂层的制备方法制备得到。本发明还提供了一种电子产品，其表面附着有上述具有高附着力的超疏水涂层。通过采用等离子增强化学沉积法单独涂覆形成纳米二氧化硅，进而使得具有高附着力的超疏水涂层能够在基材表面的附着力强。再对稳定的纳米二氧化硅涂层通过低表面能官能团修饰剂进行修饰，使得低表面官能团修饰剂只作用于纳米二氧化硅涂层表面而不会作用于其涂层内部，既达到了降低光的反射率，又降低了低表面能官能团修饰剂对纳米二氧化硅涂层透光性的降低，从而提高了具有高附着力的超疏水涂层的透光性能。附图说明为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是实施例1的沉积有具有高附着力的超疏水涂层的玻璃和未沉积涂层的玻璃的uv图谱；图2是实施例2所沉积的具有高附着力的超疏水涂层的afm图谱；图3是实施例2所沉积的具有高附着力的超疏水涂层的水接触角图谱；图4是实施例3所沉积的具有高附着力的超疏水涂层的sem扫描电镜图。具体实施方式为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施方式的涉及的具有高附着力的超疏水涂层及其制备方法以及电子产品进行具体说明。本发明的一些实施方式提供了一种具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其包括：利用低表面能官能团修饰剂对基材表面的纳米二氧化硅涂层进行化学修饰，其中，纳米二氧化硅涂层通过等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)制备得到。现有的具有疏水性涂层主要是直接将具有疏水性能的涂料，涂覆在物体的表面，例如，将通过修饰剂修饰后具有疏水性能的材料附着物体表面形成涂层。但是上述方法形成的涂层存在附着力差，透光性不好的特点。发明人经过研究发现，上述方法造成附着力差的主要原因可能在于：具有疏水性的涂料通常是经过修饰改性或多种成分的组合物，其只能通过常规的涂覆方法涂覆后凝固在物体表面，并且具有高附着力的超疏水涂层一般涂覆的要求都是厚度极薄，因此，很难达到较佳的附着力，同时，由于其成分的疏水性通常通过改性得到，因此其不能采用化学沉积等方法直接沉积得到附着力强的涂层。而透光性差的原因可能在于：由于涂料是先进行全面改性，因此，涂料之间的表面均参与了改性，因此其会较大的影响涂料涂覆后的透光性，进而影响涂料对基材的增透效果。发明人在上述问题的基础上，创造性地提出了先采用等离子体增强化学气相沉积法沉积形成纳米二氧化硅涂层，等离子体增强化学气相沉积法基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，针孔较少，不易龟裂，且由于是单独形成纳米二氧化硅，使得使其能够具备强附着力，解决改性后涂料直接附着附着力差的问题，在形成的纳米二氧化硅涂层在进行表面修饰，进而使得在进行修饰时仅仅只是对纳米二氧化硅涂层的表面进行修饰，不会作用于涂层内部的分子结构，进而使得形成的具有高附着力的超疏水涂层的表面具有较强的超疏水性能的同时，其也能够较好的具有增透功能。根据一些实施方式，为了使得形成的纳米二氧化硅涂层能够具有较佳的附着力和涂层的均匀性，纳米二氧化硅涂层通过以下步骤制备得到：将材置于等离子体增强化学气相沉积腔室中，以sih4和n2o为反应气源进行沉积。通过sih4和n2o为反应气源进行沉积可以具有较佳的沉积效果，形成附着力强的涂层。进一步地，一些实施方式中，作为反应气源的sih4和n2o的体积比可为1：0.1-5，更优选1：0.1-2。例如，sih4和n2o的体积比可为1：0.2，1：0.3，1：0.4，1：0.5，1：0.6，1：0.7，1：0.8，1：0.9，1：1.0，1：1.1，1：1.2，1：1.3，1：1.4，1：1.5，1：1.6，1：1.7，1：1.8，1：1.9，1：2.0，1：2.5，1：3.0，1：3.5，1：4或1：4.5。根据一些实施方式，基材选自石英玻璃、硅片、云母片、陶瓷和聚乙烯中的一种。根据一些实施方式，为了达到最佳的沉积效果，在进行等离子体增强化学气相沉积之前，对基材的表面进行清洗，并烘干。进一步地，在等离子体增强化学气相沉积过程中，其参数的选择也在一定程度上影响沉积的效果，例如，涂层的均匀性，涂层的厚度，以及涂层的附着效果等等，因此，本发明的一些实施方式中，为了使得形成的纳米二氧化硅涂层达到最佳的附着效果，等离子体增强化学气相沉积法采用的沉积温度为30-300℃，优选100-200℃，更优选120-180℃，例如，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃，150℃，160℃，170℃，180℃，190℃，200℃，240℃，或280℃。射频电源功率为20-200w，优选60-80w，更优选65～75w，例如，30w，40w，50w，60w，70w，80w，90w，100w，110w，120w，130w，140w，150w，160w，170w，180w，或190w。工作压强为10-150pa，优选80-100pa，更优选85-95pa，例如，15pa，20pa，25pa，40pa，65pa，70pa，80pa，90pa，100pa，110pa，120pa，130pa，或140pa。沉积时间可为1-10min，优选5-10min，更优选6-9min，例如，沉积时间为1min，2min，3min，4min，5min，6min，7min，8min，9min，或10min。根据一些实施方式，对纳米二氧化硅涂层进行化学修饰包括：用低表面能官能团修饰剂的有机溶液与所述纳米二氧化硅涂层接触反应。进一步地，将纳米二氧化硅涂层浸泡于所述低表面能官能团修饰剂的有机溶液中。二氧化硅的表面存在大量的不饱和残键和不同状态的羟基，这使得纳米二氧化硅表面能高，处于热力学非稳定状态，具有很高的化学活性，进而可以使得通过低表面能官能团修饰剂能够对其进行修饰，接枝到纳米二氧化硅颗粒表面，由于低表面能官能团修饰剂上的低表面官能团具有较强的疏水性质，进而使得修饰后的纳米二氧化硅涂层表面能够具有较佳的疏水性能。进一步地，为了达到较佳的反应效果，上述的接触反应的温度例如浸泡温度为20-200℃，更优选50-120℃，反应时间为6-48小时，优选10～36小时。根据一些实施方式，有机溶液的有机溶剂包括甲醇、乙醇、正戊烷、正己烷、苯和甲苯中的一种或多种组合。进一步地，低表面能官能团修饰剂与有机溶剂的体积比为1：1-100，例如1：10，1：20，1：30，1：40，或1：50等。进一步地，一些实施方式中，低表面能官能团修饰剂为硅烷偶联剂。更进一步地，一些实施方式中，低表面能官能团修饰剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、n-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种组合。本发明的一些实施方式还提供了一种具有高附着力的超疏水涂层，其由上述任意实施方式的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法制备得到。本发明一些实施方式还提供了一种电子产品，该电子产品的表面附着上述具有高附着力的超疏水涂层。该具有高附着力的超疏水涂层能够避免其内部元件进水或受潮，例如能够避免如手机、手表、电脑、室外广告显示屏，游泳池水下效果灯等都经常出现进水而损坏的现象。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其步骤如下：先将石英玻璃基材表面进行清洗洁净后，将其放进pecvd腔室内，在沉积条件为：sih4气流量为100sccm，n2o气流量为160sccm，沉积温度为100℃，射频功率为60w，工作气压为80pa，沉积时间为5min。即可制备得纳米sio2涂层。将上述所制备的纳米sio2涂层置于γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇体积比为1：10的溶液中，50℃下水热反应10h，取出，自然干燥，即可制备出具有高附着力的超疏水涂层。实施例2本实施例提供的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其步骤如下：先将石英玻璃基材表面进行清洗洁净后，将其放进pecvd腔室内，在沉积条件为：sih4气流量为80sccm，n2o气流量为150sccm，沉积温度为150℃，射频功率为60w，工作气压为80pa，沉积时间为5min。即可制备得纳米sio2涂层。将上述所制备的纳米sio2涂层置于γ-氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇体积比为1：10的溶液中，50℃下反应10h，取出，自然干燥，即可制备出具有高附着力的超疏水涂层。实施例3本实施例提供的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其步骤如下：先将石英玻璃基材表面进行清洗洁净后，将其放进pecvd腔室内，在沉积条件为：sih4气流量为100sccm，n2o气流量为160sccm，沉积温度为150℃，射频功率为60w，工作气压为80pa，沉积时间为5min。即可制备得纳米sio2涂层。将上述所制备的纳米sio2涂层置于甲基三甲氧基硅烷与甲醇体积比为1：10的溶液中，80℃下反应10h，取出，自然干燥，即可制备出具有高附着力的超疏水涂层。实施例4本实施例提供的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其步骤如下：先将石英玻璃基材表面进行清洗洁净后，将其放进pecvd腔室内，在沉积条件为：sih4气流量为100sccm，n2o气流量为160sccm，沉积温度为200℃，射频功率为60w，工作气压为80pa，沉积时间为10min。即可制备得纳米sio2涂层。将上述所制备的纳米sio2涂层置于六甲基二氮硅烷与正己烷体积比为1：10的溶液中，100℃下水热反应10h，取出，自然干燥，即可制备出具有高附着力的超疏水涂层。实施例5本实施例提供的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其步骤如下：先将石英玻璃基材表面进行清洗洁净后，将其放进pecvd腔室内，在沉积条件为：sih4气流量为100sccm，n2o气流量为180sccm，沉积温度为250℃，射频功率为80w，工作气压为100pa，沉积时间为10min。即可制备得纳米sio2涂层。将上述所制备的纳米sio2涂层置于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与乙醇体积比为1：5的溶液中，120℃下反应10h，取出，自然干燥，即可制备出具有高附着力的超疏水涂层。对比例1将纳米sio2材料置于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与乙醇体积比为1：5的溶液中，120℃下反应10h，取出，得到涂料，在石英玻璃表面涂覆一层上述涂料，在80℃下烘烤20min成膜。通过附着力测试仪对实施例1～5和对比例1的玻璃进行测试，结果如表1所示：组别附着力大小(mpa)实施例188.9实施例289.2实施例390.3实施例489.5实施例590.1对比例138.2由此可知，本发明的实施方式相对于常规涂覆方式其附着力增强了两倍以上。将实施例1的普通玻璃上沉积有具有高附着力的超疏水涂层的玻璃和未沉积的普通石英玻璃进行透过率检测，其结果如图1所示。从图1中可以看出，具有具有高附着力的超疏水涂层的玻璃相对于普通石英波璃，在全波段范围内光学透过率平均提高2.90％。通过原子力显微镜观察实施例2得到的具有高附着力的超疏水涂层的表面，得到图2所示的具有高附着力的超疏水涂层表面afm图谱，其表面粗糙度为76nm，其具有一定的表面粗糙度构建微纳结构，具备制备超疏水表面的基础条件。通过检测实施例2得到的具有高附着力的超疏水涂层的表面水接触角，得到如图3所示的表面水接触角图谱。其表面静态水接触角达156°，动态滚动角为6°，表现出优异的超疏水性。对实施例3得到的具有高附着力的超疏水涂层进行扫描电镜观察，得到如图4所述的sem扫描电镜图。该薄膜表面形貌都是球形颗粒，其颗粒尺寸为50-100nm。综上所述，本发明实施方式的具有高附着力的超疏水涂层的制备方法，其工艺过程简单，合成路线短，反应温度低，反应条件易于控制，反应过程中绿色环保，无三废排放，无环境污染，成本低廉。其次，该具有高附着力的超疏水涂层附着力强，耐摩擦性强，使用寿命长，具有优异的透光性能，有利于增强玻璃的透光能力。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页12