一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面的方法及应用

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体涉及一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法及应用。

背景技术

硅油是指室温下保持液体状态的线型聚硅氧烷聚合物，可分为功能硅油和普通硅油。硅油通常具有良好的化学稳定性、绝缘性、耐热性、疏水性，较低的粘温系数以及较小的表面能等优点，使得硅油的应用范围非常广泛。例如将硅油修饰在纺织品、医疗器械、橡胶等表面制备疏水、防污表面。

为了将硅油修饰到材料表面，目前均使用功能化的硅油(-Si-NH

相比于功能硅油，普通硅油是最常用的硅油，其有机基团全部为甲基、乙基、苯基等惰性基团，没有可以进一步修饰的功能基团。由于其自身化学结构的限制，使得普通硅油很难接枝到材料表面形成疏水防污表面。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法及应用，该方法使用普通硅油代替功能硅油接枝改性表面，成本低，且接枝步骤简单。

本发明提供一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法，其包括如下步骤：

步骤一、将基底表面用有机溶剂超声清洗除去表面的油脂等有机物杂质，用氮气吹干表面得到具有干净表面的基底；

步骤二、在所述具有干净表面的基底的表面铺满普通硅油；

步骤三、紫外灯辐照所述普通硅油铺满的基底表面一定时间，然后用有机溶剂洗掉多余未反应的普通硅油，得到普通硅油接枝改性的基底表面；

其中，步骤一中所述的基底为金属材料或无机材料中的一种；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、正己烷，或其组合；步骤二中所述的普通硅油为不含功能基团的惰性硅油，包括有机基团被甲基、乙基苯基取代的惰性硅油，优选甲基硅油；步骤三中的紫外灯的波长范围为210-380nm，紫外灯的光辐照度为50-200mW/cm

优选的，所述的金属材料包括铜、氧化铜、铁、氧化铁、铝、氧化铝、不锈钢、钛或二氧化钛，所述的无机材料包括硅、玻璃或陶瓷。

优选的，步骤二中，在具有干净表面的基底的表面铺满普通硅油是指，在具有干净表面的基底表面滴上或蘸上普通硅油后等待1-120分钟直到其完全铺满整个基底表面；作为替代的技术方案，可以将普通硅油形成喷雾，然后喷洒满具有干净表面的基底表面，由此直接形成铺满普通硅油的基底表面。

优选的，步骤三中紫外灯辐照普通硅油分为两个阶段，阶段一为板凳式辐照阶段，阶段二为周期性波式辐照阶段，具体的，在板凳式辐照阶段，首先利用一较低的第一光辐照度辐照一段时间，之后提升光辐照度至第二光辐照度继续辐照一段时间，之后进入阶段二的周期性波式辐照阶段，在此阶段，以第二光辐照度为波谷，抬升一定值为波峰(对应为第三光辐照度)，进行周期性波式辐照，其中，第二光辐照度为设定的标准辐照度，第一光辐照度为第二光辐照度的80％～90％，第三光辐照度由本领域技术人员根据基底材料、硅油类型等结合实际辐照的实验效果来确定。

作为进一步优选的实施方案，步骤三中紫外灯辐照普通硅油时，当辐照的基底表面为大致平面时，以紫外灯所在初始位置为原点，在大致平行于基底表面的平面上将紫外灯围绕该原点进行旋转。

优选的，不含功能基团的惰性硅油粘度为50-20000cst，硅油在基底表面的接枝厚度为1-30nm，硅油在基底表面的接枝后水接触角为90-120°，硅油在基底表面的接枝后水滴滑移角为5-30°。

本发明的有益效果在于：

(1)采用紫外辐照对材料表面疏水改性，相较于现有的硅油接枝表面改性方法，本发明的方法以使用最普遍的普通硅油为基础原料，价格便宜、清洁环保，并且本发明的方法改性过程中只需要薄薄一层硅油(单分子层)在表面即可实现接枝；相较于现有的紫外接枝改性方法，本发明的方法不需要使用光引发剂或其它助剂、有机溶剂，该方法成分简单、条件温和、操作简单易于进行工业化生产；

(2)本发明的方法适用的材料种类广泛，可以为金属材料或者无机材料，高效地得到了多种不同基材表面的硅油聚合物刷，具有普适性强的特点；

(3)本发明的方法将硅油通过共价接枝在材料表面，所得到的硅油聚合物刷是一种液态聚合物刷，不仅化学稳定性好，而且具有低摩擦系数、低表面张力及良好的防污性能，使其应用前景广阔；

(4)采用本发明的辐照接枝方式(动态辐照和阶段式辐照)可以大大提高接枝效率和接枝效果，辐照方式通过改变电压实现，简单易行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法的具体过程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的不锈钢片表面普通硅油接枝改性前后静态水接触角对比图；

图3为本发明提供的一种优选的辐照方式示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的玻璃瓶表面普通硅油接枝改性前后防污对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做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。

如图1-2所示，本发明提供一种一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法，其包括如下步骤：

步骤一、将基底表面用有机溶剂超声清洗除去表面的油脂等有机物杂质，用氮气吹干表面得到具有干净表面的基底；

步骤二、在所述具有干净表面的基底的表面铺满普通硅油；

步骤三、紫外灯辐照所述普通硅油铺满的基底表面一定时间，然后用有机溶剂洗掉多余未反应的普通硅油，得到普通硅油接枝改性的基底表面；

其中，步骤一中所述的基底为金属材料或无机材料中的一种；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、正己烷，或其组合；步骤二中所述的普通硅油为不含功能基团的惰性硅油，包括有机基团被甲基、乙基苯基取代的惰性硅油，优选甲基硅油；步骤三中的紫外灯的波长范围为210-380nm，紫外灯的光辐照度为50-200mW/cm

优选的，所述的金属材料包括铜、氧化铜、铁、氧化铁、铝、氧化铝、不锈钢、钛或二氧化钛，所述的无机材料包括硅、玻璃或陶瓷。

优选的，步骤二中，在具有干净表面的基底的表面铺满普通硅油是指，在具有干净表面的基底表面滴上或蘸上普通硅油后等待1-120分钟直到其完全铺满整个基底表面；作为替代的技术方案，可以将普通硅油形成喷雾，然后喷洒满具有干净表面的基底表面，由此直接形成铺满普通硅油的基底表面；采用这种替代的技术方案，能够应用于不规则形状的基底表面，且提高硅油的铺设效率。

优选的，步骤三中紫外灯辐照普通硅油分为两个阶段，阶段一为板凳式辐照阶段，阶段二为周期性波式辐照阶段，具体的，在板凳式辐照阶段，首先利用一较低的第一光辐照度辐照一段时间，之后提升光辐照度至第二光辐照度继续辐照一段时间，之后进入阶段二的周期性波式辐照阶段，在此阶段，以第二光辐照度为波谷，抬升一定值(本领域技术人员根据实际辐照效果来确定)为波峰(对应为第三光辐照度)，进行周期性波式辐照，如图3所示的示意图。其中，第二光辐照度为设定的标准辐照度，第一光辐照度为第二光辐照度的80％～90％，第三光辐照度由本领域技术人员根据基底材料、硅油类型等结合实际辐照的实验效果来确定。采用这种辐照方式，在阶段一首先采用第一光辐照度的保守式辐照方式，起到过渡作用，避免因辐照强度突然过大而引起产品局部变形或变质，阶段二采用周期性波式辐照方式，为时间上的动态辐照(按时间先后排序，辐照强度发生周期性改变)，动态接枝，相较于静态接枝，接枝效果更好，且能够大大节省接枝时间。其中，周期性波可以是锯齿波、矩形波、三角波等形式，紫外灯的光辐照度通过改变施加在紫外灯的电压来实现调节。

优选的，步骤三中紫外灯辐照普通硅油时，利用紫外灯进行空间上的动态辐照(即不断改变紫外灯的位置)，具体的，当辐照的基底表面为大致平面时(例如平面上有局部凸起或凹陷)，将紫外灯的初始位置设置在基底表面上方的中部位置，在进行辐照时，以紫外灯所在初始位置为原点，在大致平行于基底表面的平面上将紫外灯围绕该原点进行旋转。由于紫外灯到达平面上的不同点的距离不同，使得基底表面上每一点实际接收的辐照度存在差异，通过这种旋转，尽可能的使得平面上辐照更为均匀，消除或减少因局部凸起或凹陷而导致的局部辐照不到或不均的问题。当基底表面为曲面时，在进行辐照时还包括沿着基底表面将紫外灯进行引导，例如，基底表面为瓶子的表面时，将紫外灯围绕瓶子进行旋转。

优选的，不含功能基团的惰性硅油粘度为50-20000cst，硅油在基底表面的接枝厚度为1-30nm，硅油在基底表面的接枝后水接触角为90-120°，硅油在基底表面的接枝后水滴滑移角为5-30°。

图4示出了本发明的一步法辐照接枝普通硅油改性表面方法在防污方面的应用，在洗干净的玻璃瓶表面用甲基硅油接枝改性，之后用马克笔在表面写字母B，然后用纸巾擦拭表面，所写的字母B可以被轻松擦拭掉；而在未接枝改性的玻璃瓶表面写字母A，所写的字母A很难被擦掉。结果表明甲基硅油接枝改性后的玻璃瓶表面具有良好的防污性能。

实施例1

一种一步法辐照接枝普通硅油改性铝片表面方法，包括如下步骤：

1.将铝片用乙醇、丙酮和异丙醇超声2分钟充分清洗除去表面的油脂等有机物杂质后，氮气吹干表面得到干净的纯铝表面的基材；

2.将铝片平放在台面并在其表面滴加粘度为500cst的甲基硅油滴，静置2分钟，直到甲基硅油完全铺满整个铝片表面；

3.将甲基硅油铺满表面的铝片平放在波长为365nm、光密度为120mW/cm

实施例2

一种一步法辐照接枝普通硅油改性玻璃片表面方法，包括如下步骤：

1.将玻璃片用乙醇、丙酮、乙醇依次交替超声3分钟充分清洗除去表面的油脂等有机物杂质后，氮气吹干表面得到干净的玻璃片表面；

2.将玻璃片平放在台面在其表面滴加粘度为1500cst的甲基硅油滴，静置7分钟，直到甲基硅油完全铺满整个玻璃片表面；

3.将甲基硅油铺满表面的玻璃片平放在波长为320nm、光密度为110mW/cm

实施例3

一种一步法辐照接枝普通硅油改性不锈钢表面方法，包括如下步骤：

1.将不锈钢片用乙醇、丙酮和异丙醇超声5分钟充分清洗除去表面的油脂等有机物杂质后，氮气吹干表面得到干净的不锈钢表面；

2.将不锈钢片平放在台面在其表面滴加粘度为1000cst的甲基硅油滴，静置3分钟，直到甲基硅油完全铺满整个不锈钢片表面；

3.将甲基硅油铺满表面的不锈钢片平放在波长为360nm、光密度为120mW/cm

实施例4

一种一步法辐照接枝普通硅油改性玻璃瓶外表面方法，包括如下步骤：

1.将玻璃瓶外表面用乙醇、丙酮、乙醇依次交替超声3分钟充分清洗除去表面的油脂等有机物杂质后，氮气吹干表面得到干净的玻璃瓶；

2.将玻璃瓶在粘度为2000cst的甲基硅油中浸没后取出，得到甲基硅油完全铺满整个玻璃瓶表面；

3.将甲基硅油铺满表面的玻璃瓶平放在波长为350nm、光密度为110mW/cm

实施例5

一种一步法辐照接枝普通硅油改性不锈钢表面方法，包括如下步骤：

1.将不锈钢片用乙醇、丙酮和异丙醇超声5分钟充分清洗除去表面的油脂等有机物杂质后，氮气吹干表面得到干净的不锈钢表面；

2.将粘度为1000cst的甲基硅油形成喷雾，然后喷洒满所得到的干净的不锈钢表面；

3.将用甲基硅油铺满表面的不锈钢片平放在紫外灯下进行辐照，紫外光波长为360nm，先用100mW/cm

实施例1至5均表明，采用本发明的方法能够很好的实现普通硅油在待处理基底表现的接枝改性，而实施例5与实施例3比较，采用周期性波式交替接枝等方式，能够在减少改性时间的同时提高接枝厚度，提高接枝效果。

以上描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。