一种表面改性剂、其配置方法及其应用与流程

【
技术领域：
】本发明涉及新材料制备及应用
技术领域：
，特别涉及一种表面改性剂、其配置方法及其应用。
背景技术：
：氟化物薄膜或氟化物工件是由含氟单体通过均聚或共聚反应制备。氟化物薄膜或氟化物工件由于分子结构中存在的氟原子赋予了其诸多优异的性能，如良好的压电性能、电绝缘性、耐热、耐油、耐磨、耐湿及耐低温等特性，因此，其在国防、冶金、石油化工、传感器件、日常生活中都占有重要地位。但是，由于氟化物薄膜或氟化物工件的表面能低，与其他分子之间的交联能力较弱，导致其与基材之间的粘附性能很差，这极大的限制了它的广泛应用。目前，针对氟化物薄膜或氟化物工件的粘附性能改善主要通过对基材进行等离子体表面处理、高频放电喷溅处理等，但这些处理方法涉及的设备昂贵、工艺复杂，且大多需在惰性气体中进行。因此，亟待一种表面改性剂、其配置方法及其应用。技术实现要素：为克服现有氟化物薄膜或氟化物工件的粘附性改性中遇到的设备昂贵、工艺复杂等问题，本发明提供一种表面改性剂、其配置方法及其应用。本发明为解决上述技术问题的一技术方案是提供一种表面改性剂，所述表面改性剂包括活性成分和交联剂，其中，所述活性成分与交联剂的体积比为10:1-1:2。优选地，所述活性成分包括缩水甘油醚氧丙甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中任一种或几种组合。优选地，所述交联剂包括甲基三乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷中任一种或两种组合。优选地，所述活性成分和交联剂按照设定的体积比例混合形成表面改性剂中间物，所述表面改性剂还包括去离子水，所述去离子水和所述表面改性剂中间物的体积比为1:3-1:7。优选地，所述去离子水的ph值为6.5-8.0。优选地，所述表面改性剂还包括异丙醇助剂。本发明为解决上述技术问题的一技术方案是提供一种配制上述的表面改性剂的方法，包括以下步骤：步骤s1，调节去离子水的ph值，形成具有一定酸碱度的水溶液；及步骤s2，在一预设的温度范围下，将所述表面改性剂中间物加入到所述水溶液中，所述水溶液与所述表面改性剂中间物的体积比为1:1-1:20；其中，所述表面改性剂中间物包括活性成分和交联剂，其中，所述活性成分与交联剂的体积比为10:1-1:2。优选地，将去离子水通过有机酸或有机盐调整ph值在4.0-10.0之间；在配置所述用于改善氟化物薄膜与基材粘附性的表面改性剂的过程中搅拌10min-60min。优选地，在获得表面改性剂溶液的过程中加入异丙醇助剂。本发明为解决上述技术问题的一技术方案是提供一种上述方法中制备获得表面改性剂的应用，所述表面活性剂用于改善氟化物薄膜与基材粘附性，其具体包括如下步骤：步骤f1，对基材进行表面清洁处理；步骤f2，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式使所述表面改性剂在基材上形成表面改性剂液膜；步骤f3，将所述表面改性剂液膜在温度10℃-60℃下，固化5min-60min，形成表面改性剂固化膜；及步骤f4，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式，使氟化物溶液在所述表面改性剂固化膜上形成氟化物薄膜；或用于改善氟化物工件与基材粘附性，其具体包括如下步骤：步骤p1，对基材进行表面清洁处理；步骤p2，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式使所述表面改性剂在基材上形成表面改性剂液膜；及步骤p3，将氟化物工件置于所述表面改性剂液膜上，并将所述表面改性剂液膜在室温下固化，形成表面改性剂固化膜同时将所述氟化物工件与基材粘结在一起。与现有技术相比，本发明所提供的表面改性剂包括活性成分与交联剂，且所述活性成分与交联剂的体积比为10:1-1:2，在此体积比范围制得的表面改性剂能有效增加氟化物薄膜与基材表面的粘附性，且粘附强度达到5级；同时，所述表面改性剂的易于制备、无毒无害，且成本较低，不仅有利于环保还能节约成本。本发明所提供的表面改性剂包括去离子水，所述去离子水可根据需要对所述表面活性剂中间物进行稀释，满足应用需求。本发明所提供的表面改性剂包括异丙醇助剂进一步增加所述表面活性剂中间物溶解性、稳定性及粘附活性，进而增加所述表面改性剂的实用性。本发明所提供的表面改性剂为均一、稳定的表面改性剂溶液，所述溶液各处的性质稳定一致且不会发生分离，保证形成的表面改性剂固化膜更均匀稳定，有增加利于氟化物薄膜及氟化物工件与基材粘附。本发明所提供的表面活性剂的配置方法与所述表面改性剂有相同的有益效果，在此不再赘述。本发明所提供的表面活性剂不仅可以用于改善氟化物薄膜与基材粘附性，而且还可以改善用于改善氟化物工件与基材粘附性，应用范围广且应用过程操作简便，方便推广。【附图说明】图1是本发明第二实施例提供的表面改性剂的配置方法的步骤流程示意图；图2是本发明第三实施例提供的一种所述表面改性剂的应用步骤流程示意图；图3是本发明第四实施例提供的另一种所述表面改性剂的应用步骤流程示意图。【具体实施方式】为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。氟化物薄膜或氟化物工件是一种由含氟单体通过均聚或共聚反应制备的一种薄膜或氟化物工件，其分子结构中存在的氟原子赋予了氟化物薄膜诸多优异的性能，如良好的压电性能、电绝缘性、耐热、耐油、耐磨、耐湿及耐低温等特性，因此，其在国防、冶金、石油化工、传感器件、日常生活中都占有重要地位。但是，由于氟化物薄膜或氟化物工件的表面能低，与其他分子之间的交联能力较弱，导致其与基材之间的粘附性能很差，这极大的限制了它的广泛应用。现有的氟化物薄膜或氟化物工件的粘附性能改善方法，主要通过对基材表面进行等离子体表面处理、高频放电喷溅处理等，但这些处理方法涉及的设备昂贵且工艺复杂。为了解决上述技术问题，本发明的第一实施例提供一种表面改性剂，以增加氟化物薄膜或氟化物工件与基材的粘附性。所述表面改性剂包括活性成分和交联剂；其中，所述活性成分用于增加两接触面之间的粘附力；所述交联剂用于促进所述活性成分之间发生交联反应，进而增加所述表面改性剂的粘结性，促进氟化物薄膜或氟化物工件与基材表面的粘结的更紧密。所述活性成分和交联剂按照设定的体积比例混合形成表面改性剂中间物。具体地，所述活性成分包括缩水甘油醚氧丙甲氧基硅烷(kh-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(si-69)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh-792)或乙烯基三甲氧基硅烷(sca-1603)中任一种或几种组合；所述交联剂包括甲基三乙氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷中任一种或两种组合。所述活性成分与所述交联剂的体积比为10:1-1:2；进一步地，所述活性成分与所述交联剂的体积比为5:1-1:1；优选地，所述活性成分与所述交联剂的体积比为7:1-2:1；具体地，所述活性成分与所述交联剂的体积比为10:1、8:1、5:1、3:1、2:1或1:1中任一种。通过将所述活性成分与所述交联剂的体积比控制在上述范围内，可以确保制成的表面改性剂性能最优，满足使用需求。本发明的第一实施例所提供的表面改性剂还包括去离子水，所述去离子水为活性成分和交联剂提供反应介质，同时还能根据需要调整所述表面改性剂的浓度，满足不同的使用需求。可选地，所述去离子水和所述表面改性剂中间物的体积比为：1:3-1:7。进一步地，所述去离子水的ph值为6.5-8.0，在此ph值下有利于增加所述表面改性剂中间物的反应活性，同时。使所述表面改性剂形成均一、稳定的表面改性剂溶液，进而增加其粘结性。本实施例的其他实施方式中所述表面改性剂还包括异丙醇助剂，所述异丙醇助剂有利于增加所述表面改性剂的溶解性和稳定性，利于长期存放。本实施例中的表面改性剂的易于制备、无毒无害，且成本较低，不仅有利于环保还能节约成本。本发明的第二实施例进一步提供一种表面改性剂的配置方法，通过本方法配置第一实施例中所述的表面改性剂。具体地，如图1所示，所述表面改性剂的配置方法s10包括：步骤s1，调节去离子水的ph值，形成具有一定酸碱度的水溶液；及步骤s2，在一预设的温度范围下，将所述表面改性剂中间物加入到所述水溶液中，所述水溶液与所述表面改性剂中间物的体积比为1:1-1:20；其中，所述表面改性剂中间物包括活性成分和交联剂，所述活性成分与交联剂的体积比为10:1-1:2。进一步地，在本实施例一些具体实施方式中，上述步骤s1中，将去离子水通过有机酸或有机盐调整ph值至4.0-10.0；可选地，在上述的步骤s1中所述的有机酸是指一些具有酸性的有机化合物，其酸性源于羧基(-cooh)，例如：醋酸、柠檬酸、苯甲酸等，磺酸(-so3h)、亚磺酸(rsooh)、硫羧酸(rcosh)等也属于有机酸；所述有机盐是有机酸与生物碱(有机碱或无机碱)中和生成的盐，它们的作用在有机结构上，例如：醋酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸铵、四丁基溴化铵、谷氨酸钠等。通过上述有机酸或有机盐在去离子水中的电离平衡使水溶液的ph值维持在4.0-10.0之间；进一步地，所述水溶液的ph值维持在5.0-9.0之间；可选地，所述水溶液的ph值维持在6.5-8.0之间；具体地，所述水溶液的ph值为4.0、5.0、6.5、7.5、8.0或10等中任一数值。水溶液的ph值维持在上述范围，有利于使所述表面改性剂性能达到最优状态。更进一步的，在上述的步骤s2中，所述表面改性剂中间物的配置过程是，先加入活性成分，再加入交联剂，这样可有效避免活性成分预交联，影响粘附效果；可选地，所述活性成分或交联剂采取逐滴加入的方式，以使混合效果最佳。所述步骤s2可将表面改性剂中间物逐滴加入到水溶液中制得；还可将先将活性成分加入到水溶液中，再加入交联剂制得。所述水溶液与表面改性剂中间物的混合温度为10℃-60℃；可选地，所述混合温度为20℃-55℃；可选地，所述混合温度为30℃-50℃；具体地，所述混合温度为10℃、20℃、30℃、50℃及60℃中任一数值；上述温度范围，可保证所述表面改性剂中间物与水溶液混合效果最优，进而使所述表面改性剂的粘结性最优。所述水溶液与表面改性剂中间物混合的体积比为1:1-1:20；进一步地，上述两者之间的体积比为1:2-1:15；可选地，所述体积比为1:3-1:7；具体地，上述两者之间的体积比为1:1、1:3、1:5、1:7、1:15或1:20等任一数值。混合时，将所述水溶液与表面改性剂中间物的体积比控制在上述范围内可增加所述表面改性剂中间物在水中的溶解性和反应活性，以使其可具有粘附性能。在上述的步骤s2中的可通过搅拌进一步促进所述表面改性剂的形成，所述搅拌时间为搅拌10min-60min；进一步地，所述搅拌时间为20min-55min；可选地，所述搅拌时间为搅拌30min-50min；具体地，所述搅拌时间为搅拌10min、20min、30min、45min、55min或60min任一时刻。具体地，所述搅拌过程可以在表面改性剂中间物加入到水溶液的之前进行；也可以在表面改性剂中间物加入到水溶液的过程中进行；还可以在表面改性剂中间物加入到水溶液之后进行。所述表面改性剂中间物可一次加入到所述水溶液中，也可分多次加入到所述水溶液中。经过上述过程形成的表面改性剂为溶液状态，且所述表面改性剂溶液无色、均一、稳定。具体地，所述表面改性剂溶液中，各处的密度、组成和性质完全一样；且温度不变，溶剂(去离子水)量不变时，溶质(表面改性剂)和溶剂长期不会分离。在本实施例一些具体实施方式中，为了增加所述表面改性剂的粘结性，所述步骤s2还进一步加异丙醇助剂；所述异丙醇助剂为异丙醇溶液。所述异丙醇溶液的量可根据使用情况进行调整，以使所述表面改性剂溶液性能最优。具体地，所述异丙醇助剂在水溶液与表面改性剂中间物混合后加入。本发明第二实施例所提供的表面改性剂的配置方法，过程简单且并未涉及复杂昂贵的设备，便于推广应用，且节约成本。为了更进一步解决上述技术问题，本发明的第三实施例提供一种表面改性剂的应用，利用第二实施例中所述的方法制备获得的表面活性剂进行对氟化物薄膜与基材粘附性表面进行改善的步骤。具体地，如图2所示，所述表面改性剂的应用f10，其具体实时过程中，包括如下步骤：步骤f1，对基材进行表面清洁处理；步骤f2，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式使所述表面改性剂在基材上形成表面改性剂液膜；步骤f3，将所述表面改性剂液膜在温度10℃-60℃下，固化5min-60min，形成表面改性剂固化膜；及步骤f4，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式，使氟化物溶液在所述表面改性剂固化膜上形成氟化物薄膜。其中，所述基材包括金属、玻璃、塑料或木材中任一种。所述步骤f1中对基材进行表面清洁处理，主要是对基材表面的油污及其影响表面粘附性的物质进行处理。步骤f3中，所述表面改性剂液膜的固化温度为10℃-60℃；进一步地，所述固化温度为15℃-40℃；可选地，所述固化温度为20℃-30℃；具体地，所述固化温度为10℃、20℃、30℃、50℃或60℃中任一温度值；所述固化时间为5min-60min；进一步地，所述固化时间为15min-50min；可选地，所诉固化时间为20min-30min；具体地，所诉固化时间为5min、15min、20min、30min及50min任一数值；经过上述固化过程，使所述表面改性剂薄膜更加稳定，进而增加其对氟化物薄膜的粘附性能。本实施例中，所述氟化物薄膜是由氟化物溶液制得，具体地，如上述步骤f4中所述，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式使所述氟化物溶液在所述表面改性剂固化膜上形成氟化物薄膜。请参阅图3，本发明的第四实施例提供另一种表面改性剂的应用p10实时过程中；其与第三实施例中提供的表面改性剂的应用f10的区别在于，所述氟化物薄膜为氟化物工件样品。具体地，该方法包括步骤:步骤p1，对基材进行表面清洁处理；步骤p2，通过刮涂、旋涂、喷涂或蒸熏中任一种或多种组合的方式使所述表面改性剂在基材上形成表面改性剂液膜；及步骤p3，将氟化物工件置于所述表面改性剂液膜上，并将所述表面改性剂液膜在室温下固化，形成表面改性剂固化膜同时将所述氟化物工件与基材粘结在一起。本发明所提供的表面改性剂的应用中，通过在所述氟化物薄膜与基材之间增加表面改性剂层，进而提升所述氟化物薄膜与基材之间粘附性。以下提供一具体的实施方式对本发明所提供的表面改性剂粘附改善氟化物薄膜或氟化物工件的粘附方及效果法做进一步的说明：在本发明一具体实施方式中，通过百格测试法测定通过发明提供的改善氟化物薄膜与基材粘附性的方法改善后的氟化物薄膜与基材的粘附性能。一、百格测试步骤：1)压住百格刀(1mm刀头，11刃)刀头划过待测样本，刀头刮起粘贴有氟化物薄膜的表面，再作90°交叉切割，形成十字架的交叉方格状区域；2)用清洁刷轻轻扫去碎屑；3)以稳定的速度，撕取一定长度的标准3m号胶带，粘在1)中交错切割好的交叉方格状区域，用手指轻压贴平；4)撕起胶带(胶带停留于样本表面的时间勿超过5分钟)；5)保留4)中撕下的胶带(上面可能沾着样本表面的碎屑)；6)检查交叉切割的格状区域，评估涂布表面的附着力；7)同组样品至少需在不同位置重复试验三次，测试温度23℃±2℃和相对湿度50±5％中进行。二、测试结果等级描述：5级：划线平滑，网格没有出现涂层剥离现象。4级：网格的交叉部分有少许剥落，小于5％的划格面积受到影响。3级：划线边缘和网格交叉部分均有剥落，大于5％，小于15％的划格面积受到影响。2级：划线边缘有部分或整片的剥落，影响面积15％～35％。1级：划线边缘有部分或整片的剥落，某些网格有部分或完全的涂层剥落，影响面积35％～65％。0级：适用于不能用等级4分级的任何剥落。基于上述表面改性剂的应用过程，提供以下具体实验组1：1)将活性成分(缩水甘油醚氧丙甲氧基硅烷)与交联剂(甲基三乙氧基硅烷)按特定的体积比6:2配制成表面改性剂中间物；2)通过有机酸(醋酸)调节去离子水的ph为6.5形成水溶液，50℃下，将所述水溶液加入到表面改性剂中间物中，与所述表面改性剂中间物按体积比1:3混合，并搅拌30min，形成无色、均一、稳定的表面改性剂溶液；3)通过喷涂的方式将所述表面改性剂溶液涂布于经过表面清洁处理的基材(玻璃)上形成表面改性剂溶液液膜，将所述表面改性剂溶液液膜在室温(25℃)下放置20min，在所述基材表面形成稳定的表面改性剂固化膜；4)通过喷涂的方式将配置好的氟化物溶液涂布于所述表面改性剂固化膜上并于室温下干燥成膜。为了进一步验证本发明所提供的用于改善氟化物薄膜与基材粘附性方法，对氟化物薄膜贴附与基材的效果进行验证，进一步提供如下的实验组：实验组2：其与实验组1的区别在于：未添加交联剂。实验组3：其与实验组1的区别在于：未添活性成分。实验组4：其与实验组1的区别在于：所述活性成分(缩水甘油醚氧丙甲氧基硅烷)与交联剂(甲基三乙氧基硅烷)按特定的体积比10:1。实验组5：其与实验组1的区别在于：所述活性成分(缩水甘油醚氧丙甲氧基硅烷)与交联剂(甲基三乙氧基硅烷)按特定的体积比1:5。实验组6：其与实验组1的区别在于：通过无机酸(盐酸)调节去离子水，形成ph值为3.5的水溶液，所述水溶液与表面改性剂的体积比为1:1。实验组7：其与实验组1的区别在于：通过有机碱(醋酸钠)调节去离子水，形成ph值为10.5的水溶液，所述水溶液与表面改性剂的体积比为2:1。实验组8：其与实验组1的区别在于：水溶液与表面改性剂的混合温度为10℃，搅拌时间60min。实验组9：其与实验组1的区别在于：水溶液与表面改性剂的混合温度为60℃，搅拌时间20min。实验组10：其与实验组1的区别在于：所述基材未经过表面清洁处理。实验组11：其与实验组1的区别在于：在形成无色、均一、稳定的表面改性剂溶液后加入异丙醇助剂，并通过熏蒸的方式将加了异丙醇助剂的所述表面改性剂溶液涂布于经过表面清洁处理的基材(玻璃)上形成表面改性剂溶液液膜。基于上述的实验组1-实验组11，通过百格测试测试法测定使用本方法后的氟化物薄膜或氟化物工件与基材的粘附性能，具体的观测如下表1。表1、实验组1-实验组11中氟化物薄膜或氟化物工件与基材的粘附性能列表实验组编号测试结果等级(级)152231445463738494103115由上述表1中可以看出，在对氟化物薄膜或氟化物工件与基材的粘附性能测试过程中，对应的是否添加活性成分、交联剂及其对应的体积比均对表面改性剂的形成产生影响。同时，交联剂与去离子水的体积配比、去离子水的ph、混合温度、混合搅拌时间、涂布方式及是否进行基材的表面清洁处理等，都会影响氟化物与基材的粘附性能。由上述表1中可以看出，其中，基于上述实验组1及实验组11氟化物薄膜与基材的粘附性能最优。以上述实验组1-实验组5为例，对应所述各实验组的氟化物薄膜与基材粘附性的测试结果可见，所述表面改性剂中是否存在活性成分、交联剂及其体积比都对测试结果产生影响，其中所述活性成分与交联剂的体积比在3左右时，所述表面改性剂的性能最佳。进一步地，以上述实验组1、实验组5-实验组11为例，对应所述各实验组的氟化物薄膜与基材粘附性的测试结果可见，去离子水的ph为中性偏酸时，所述表面改性剂的性能最优；去离子水与表面改性剂的体积比在1:5左右时，所述表面改性剂的性能最优；且搅拌时间和混合温度也是影响其性能的关键因素；同时，对基材表面进行清洁处理也是提升所述活性剂粘附性能的必要手段。综上所述，本发明不仅可以改善新制备的固化物薄膜与基材的粘附性，还可改善现成的氟化物工件与基材的粘附性，且操作简便，具有方法便捷，价格低廉等优点。与现有技术相比，本发明所提供的表面改性剂包括活性成分与交联剂，且所述活性成分与交联剂的体积比为10:1-1:2，在此体积比范围制得的表面改性剂能有效增加氟化物薄膜与基材表面的粘附性，且粘附强度达到5级；同时，所述表面改性剂的易于制备、无毒无害，且成本较低，不仅有利于环保还能节约成本。本发明所提供的表面改性剂包括去离子水，所述去离子水可根据需要对所述表面活性剂中间物进行稀释，满足应用需求。本发明所提供的表面改性剂包括异丙醇助剂进一步增加所述表面活性剂中间物溶解性、稳定性及粘附活性，进而增加所述表面改性剂的实用性。本发明所提供的表面改性剂为均一、稳定的表面改性剂溶液，所述溶液各处的性质稳定一致且不会发生分离，保证形成的表面改性剂固化膜更均匀稳定，有增加利于氟化物薄膜及氟化物工件与基材粘附。本发明所提供的表面活性剂的配置方法与所述表面改性剂有相同的有益效果，在此不再赘述。本发明所提供的表面活性剂不仅可以用于改善氟化物薄膜与基材粘附性，而且还可以改善用于改善氟化物工件与基材粘附性，应用范围广且应用过程操作简便，方便推广。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。当前第1页12