亲水膜及其制备方法与产品与流程

本公开涉及膜层，特别涉及一种亲水膜及其制备方法与产品。

背景技术：

1、润湿性作为作为材料表面的基础性能之一，在生产生活中有重要的作用。通过亲水改性提高基材的润湿性，可以在很多应用场景避免或者减弱不浸润带来的负面影响，也可以拓展新的亲水应用。例如，为避免眼镜、汽车玻璃、摄像机镜头等光学观察视窗起雾，可进行亲水改性，使空气中的水蒸汽遇到冷基板在其表面形成均匀的水膜，几乎不影响原有的透光性；为保持光伏玻璃盖板和高层建筑玻璃的清洁，进行亲水改性，水冲刷即可带走灰尘等污渍，保持自清洁；为降低在生物医疗领域，介入导管治疗时引起的生物疼痛，可对其医用器械表面进行亲水改性等。

2、亲水改性的材料多种多样，其中一种是以硅为材料制备亲水表面。专利cn116179041a中公开了一种亲水涂层的制备方法；首先，利用硅酸钠、氧化石墨烯、溶剂、尿素、苯丙乳液经混合、陈化、焙烧制得空心二氧化硅微球，然后，将空心二氧化硅微球、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、溶剂混合反应，得到改性的空心微球，接着将改性的空心微球，4,3',5'-三羟基白藜芦醇、丙烯酸丁酯、溶剂进行混合，加入偶氮二异丁腈进行反应，得到嵌段聚合物；最后，将嵌段聚合物、戊二醇双丙烯酸酯、引发剂和溶剂混合，得到喷涂液，将喷涂液喷涂到基材表面，固化，得到亲水涂层，得到的亲水涂层的水接触角小于10度。然而该制备过程非常繁琐，制备过程中焙烧温度达480℃，且热固化时间较长。

3、专利cn116102977a中公开了一种以硅掺杂碳化聚合物点为构筑基元的透明亲水防雾涂层及其制备方法，首先通过水热法以3-氨丙基三乙氧基硅烷为原料，以四甲基氢氧化铵为催化剂制备得到多氨基低聚硅氧烷maos，再和乙二胺四乙酸反应制备得到si-cpds，然后加入环氧乙烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷gptms、固化剂和流平剂，将陈化后得到的涂层固化液涂于基材上，热固化后形成si-o-si交联网状结构，从而得到透明亲水防雾涂层。得到的亲水涂层的水接触角为53°，该水接触角相对一般亲水涂层较大，难以满足对于亲水性能要求更高的应用场景。

4、因此，需要开发一种新的亲水膜。

技术实现思路

1、本公开的实施例提供一种亲水膜，所述亲水膜是由有机硅单体与包括氧化性气体的气体在等离子体激发下在基材的至少部分表面沉积形成的等离子体聚合膜，或所述亲水膜是由所述等离子体聚合膜在水解之后形成的等离子体聚合水解膜；其中，所述有机硅单体具有式(1)或式(2)所示的结构，

2、

3、式(1)中，r1、r2和r3分别独立的选自：氢原子、卤素原子、c1-c8的烃基、c1-c8的烃氧基、具有亲水取代基的c1-c8的烃基、具有亲水取代基的c1-c8的烃氧基、或包含至少一个链中杂原子的c1-c20的烃基；r4选自氢原子、c1-c8的烃基或c1-c8的烃基酰基；n为1～50的整数；式(2)中，r5选自：氢原子、卤素原子、c1-c8的烃基、c1-c8的烃氧基、具有亲水取代基的c1-c8的烃基、具有亲水取代基的c1-c8的烃氧基、或包含至少一个链中杂原子的c1-c20的烃基；r6选自c1-c8的烃氧基或c1-c8的烃基酰氧基；m为3～10的整数。

4、在一些实施例中，所述亲水取代基包含：羟基、氨基、羧基、胺基、醚基或磺酸基中的一种或几种。

5、在一些实施例中，所述亲水取代基具有式(3)所示的结构，

6、

7、式(3)中，x选自氢原子、羟基、氨基、羧基或磺酸基；y选自连接键、醚基或胺基；z选自连接键或c1-c8的亚烷基；其中，x为氢原子时，y不为连接键；a为1～4的整数，b为1～4的整数。

8、在一些实施例中，所述n为1，所述r1为氢原子、c1-c4的烃基、具有亲水取代基的c1-c4的烃基或c1-c4的烃氧基，所述r2为氢原子、c1-c4的烃基或c1-c4的烃氧基，所述r3为c1-c4的烃氧基或c1-c4的烃基，所述r4为c1-c4的烃基。

9、在一些实施例中，所述r5为氢原子、c1-c4的烃基、具有亲水取代基的c1-c4的烃基或c1-c4的烃氧基，所述r6为c1-c4的烃氧基。

10、在一些实施例中，所述有机硅单体选自：四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、硅酸四丁酯、正硅酸四异丙酯、四(异丙烯氧基)硅烷、甲基三丙氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、二叔丁氧基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。

11、在一些实施例中，所述氧化性气体包括：氧气、二氧化氮、臭氧、过氧化氢、二氧化碳中的一种或几种。

12、在一些实施例中，所述亲水膜的水接触角不大于8°。

13、在一些实施例中，所述亲水膜由基材接触包括所述有机硅单体的等离子体在氧化性气体的氛围中沉积后水解形成。

14、在一些实施例中，将所述亲水膜浸泡在去离子水中10分钟后，所述亲水膜的水接触角不大于30°。

15、在一些实施例中，将所述等离子体聚合水解膜放置于室温环境中，所述等离子体聚合水解膜的水接触角大于10°时的放置时长在1天以上。

16、本公开的实施例还提供一种亲水膜的制备方法，用于以上任意的亲水膜的制备，所述制备方法包括：向容纳基材的腔室内通入所述有机硅单体和包括氧化性气体的气体，开启等离子体放电以在基材的至少部分表面进行等离子体沉积形成等离子体聚合膜。

17、在一些实施例中，所述制备方法还包括：对所述等离子体聚合膜进行水解以形成所述等离子体聚合水解膜。

18、在一些实施例中，所述水解包括：将所述等离子体聚合膜接触ph为8～14的碱性溶液以进行水解。

19、在一些实施例中，所述水解进一步包括：将形成在所述基材的所述等离子体聚合膜接触ph为9～12的碱性溶液，在温度40℃～100℃下浸泡2h以上，从而在所述基材上形成所述等离子体聚合水解膜。

20、在一些实施例中，所述等离子体沉积包括：将包括所述有机硅单体的蒸汽导入反应腔室内，通入氧气，保持反应腔室内的真空度为10～200毫托，开启等离子体放电以对所述基材进行镀膜。

21、在一些实施例中，在将包括所述有机硅单体的蒸汽导入反应腔室内之前，提供所述基材并置于反应腔室内，抽真空至10～200毫托，通入氦气、氩气或氧气中的一种或几种，开启等离子体放电以对所述基材进行活化。

22、在一些实施例中，所述等离子体放电的放电功率为100w～1000w；在镀膜时，对支撑基材的支撑架施加脉冲偏压，所述脉冲偏压为100v～1000v，脉冲频率为10hz～300khz，脉冲占空比为5％～80％，等离子体放电时间为100s～36000s。

23、在一些实施例中，所述等离子体放电通过icp放电进行，所述icp放电功率为500w～1000w。

24、在一些实施例中，所述基材为玻璃。

25、本公开的实施例还提供一种产品，所述产品的至少部分表面具有以上任意所述的亲水膜。

26、在一些实施例中，所述产品为透明产品，根据紫外可见分光光度计测试所述产品的透过率在96％以上。

27、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：

28、本公开的实施例的亲水膜，是由有机硅单体与包括氧化性气体的气体在等离子体激发下在基材的至少部分表面沉积形成的等离子体聚合膜，所述亲水膜具有良好的亲水性。

29、进一步的，所述亲水膜是由所述等离子体聚合膜在水解之后形成的等离子体聚合水解膜，所述等离子体聚合水解膜具有良好的亲水性，且亲水性能稳定与耐久。

30、本公开的实施例的亲水膜的制备方法，由有机硅单体与包括氧化性气体的气体在等离子体放电下在基材的至少部分表面进行等离子体沉积形成等离子体聚合膜，所述等离子体聚合膜具有良好的亲水性。

31、进一步的，对等离子体聚合膜进行水解，水解后形成的等离子体聚合水解膜具有良好的亲水性与亲水耐久性。

32、本公开的实施例的产品的至少部分表面具有亲水膜，亲水膜具有良好的亲水性与透明性，亲水膜透光率在96％以上，当产品为透明产品时，亲水膜不影响产品的整体透过率。