CN111234288A - 一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法。该方法包括：将活化后的基材浸没于硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中，将亲水单体与引发剂的混合溶液涂覆于得到的硅烷偶联剂改性基材，通过紫外光引发或热引发自由基聚合。该方法得到的涂层具有良好的透明性和防雾性能，在可见光波长范围内透光率均在100％左右。

Description

一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法
技术领域
本发明属于防雾涂层的制备领域，特别涉及一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法。
背景技术
透明材料在日常生活和工业生产中占据重要的地位，但是在使用过程中经常由于结雾问题会带来诸多不便甚至造成经济损失，因此，透明防雾材料的研究具有重要的意义。
成雾现象从外在原理来说，主要是因为温差的存在。当基材表面的温度低于一定气压下的水汽的露点时，水汽饱和冷凝，在基材表面形成大量分散的小水珠，由于水珠的大小、曲率半径不同，光线透过小水珠时易产生折射和散射而不能完全透过材料，因此基材的透明度和可见度将大大降低，从而影响日常的生活。从内在原理来说，基材表面的润湿性质可决定是否产生雾化。雾滴在材料表面的润湿状态由表面化学成分和表面微观结构共同决定，因此，研究有效的防雾措施可以围绕这两个因素进行。据此可将防雾材料分为亲水防雾和疏水防雾两个大类。
疏水型防雾涂层的原理即类似于荷叶的自清洁效应，当疏水涂层表面的接触角较大时，小液滴不能停留在基材表面，而是聚集成水珠，当水珠达到一定尺寸时，在其自身重力作用下滑落。制备的此类涂层不仅具有防雾特效，而且具有自清洁效果，使透明制品的表面不易被污染。但是由于小液滴的聚集、蒸发都需要一段时间，水滴会留在透明制品上，影响其能见度，而且目前的疏水涂层都存在时效性差、易磨损的问题。
亲水性防雾方法就是改善基材表面的浸润性能，降低基材表面对水的接触角，当接触角θ趋于0°时，水蒸气在基材表面凝聚呈小液滴时会高度铺展，迅速在表面形成均匀的水膜，消除了光线的漫反射，减少了光线的散射，保证了基材的透明度，从而达到防雾效果。
最早用于制备亲水性涂层的聚合物如PEG/PEO等，虽然具有良好的亲水性，但耐久性和机械强度较差。随后人们在此基础上开发了一系列亲水单体制备聚合物涂层，如聚2-恶唑啉、两性离子等，由于这类聚合物涂层具有强亲水性，在防雾涂层方面有广阔的应用前景(Bai S,Li X,Zhang R,et al.Enhancing antifogging/frost-resistingperformances of amphiphilic coatings via cationic,zwitterionic or anionicpolyelectrolytes[J].Chemical Engineering Journal,2019,357:667-677.)。研究者采用聚乙烯醇PVA和亲水性单体聚丙烯酸PAA进行酯化反应形成部分交联的网状结构，从而获得机械性能较强、具有自修复能力的聚合物膜，并进一步通过控制羟基和羧基的比例使得膜层表面具有大量且稳定的羟基基团，获得较好的防雾特性(Zhang X,He J.Hydrogen-Bonding-Supported Self-Healing Antifogging Thin Films[J].Scientific Reports,2015,5:9227.)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法，以克服现有技术中因涂层与基材粘结性差导致的防雾耐久性差的缺陷。
本发明提供一种亲水性聚合物防雾涂层，将活化后的基材浸没于硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中，将亲水单体与引发剂的混合溶液涂覆于得到的硅烷偶联剂改性基材，然后紫外光引发或热引发自由基聚合得到。
所述基材为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。
所述催化剂为含有质子的酸或含有质子的碱。
所述亲水单体包括亲水的(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯类物质或其衍生物。
所述亲水单体包括(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸2-叔丁基氨基乙基酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙氨基乙基酯、(甲基)丙稀酰乙基磺基甜菜碱、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、3-[[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯中的一种。
所述引发剂为光引发剂或热引发剂。
所述光引发剂包括安息香醚类、二苯甲酮类中的至少一种。
所述热引发剂包括偶氮类引发剂、过氧类引发剂、氧化还原类引发剂中的一种或几种。
本发明还提供一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法，包括：
(1)将基材活化，然后浸没于硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中，得到硅烷偶联剂改性基材；(2)将亲水单体、引发剂和溶剂混合，将得到的混合溶液涂覆于步骤(1)中的硅烷偶联剂改性基材，通过紫外光引发或热引发自由基聚合，得到亲水性聚合物防雾涂层，其中亲水单体和引发剂的重量比为50～1000：1～30，混合溶液浓度为0.1～30wt％(单体与引发剂占溶液的质量分数)。
所述步骤(1)中将基材活化的方法为：通过食人鱼溶液浸泡或等离子体处理的方法将基材进行活化，使基材表面暴露出尽量多的羟基。具体为：将基材用溶剂、清洁剂反复冲洗，去除表面的灰尘及有机杂质。取经过初步清洗后干燥的基材置于食人鱼溶液中煮沸或进行等离子体处理。
所述食人鱼溶液中过氧化氢水溶液(30wt％)与浓硫酸的重量比为0.1～3：1～20。
所述等离子体处理过程中等离子辐射功率为250W～2kW，时间为0.1～60min。
所述步骤(1)中浸没温度为25～60℃，浸没时间为0.1～36小时。
所述步骤(1)中硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中催化剂、有机溶剂和去离子水的重量比为0.1～5：50～5：5～50。
所述有机溶剂包括C1-C9的醇类物质、芳香烃类物质中的至少一种。
所述步骤(1)中硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中硅烷偶联剂的质量分数为0.1～30wt％。
所述步骤(2)中溶剂包含芳香烃类物质、四氢呋喃、C1-C9的醇类物质、去离子水中的一种或几种。
所述步骤(2)中涂覆的方法包括刷涂、旋涂或喷涂。
所述步骤(2)中紫外光引发自由基聚合的工艺参数为：紫外光波长为10-400nm，紫外光照密度为1-1.5W/cm2，辐射时间为5-300s。
所述步骤(2)中热引发自由基聚合的温度为40-120℃，热引发自由基聚合的时间为0.5～48h。
本发明还提供一种亲水性聚合物防雾涂层的应用。
本发明首先对基材进行表面改性，在其表面引入活性位点后，通过引发自由基聚合，最终形成亲水性防雾涂层，可避免由于分散的水滴形成的雾化现象。
本发明通过引发亲水单体自由基聚合的简易方式，在基材的表面制备了透光性优异的耐久防雾涂层。由于表面聚合物的亲水基团可以与水之间产生极强的水合作用，进而阻止水珠在基材表面的形成以达到优异的防雾效果。
本发明利用接触角测试仪(OCA40Micr,Dataphysics,德国)测试涂层的静态接触角数值；采用紫外分光光度计(UV-1800，中国)对涂覆有聚合物涂层的透明片进行透光度测试，波长选取范围为400-800nm。
本发明防雾性能测试包括热防雾和冷防雾两种：
热防雾性能测试手段为将表面涂覆有聚合物防雾涂层的基材置于不低于70℃的水浴上5cm的位置，放置30s后观察表面透明性变化。
冷防雾性能测试手段为将表面涂覆有聚合物防雾涂层的透明基材置于-10℃以下的环境中1h后，置于室温环境下观察表面透明性变化。
本发明中的基于亲水性单体的防雾涂层在两种测试状态下都显示了良好的防雾效果，即亲水单体中的亲水基团可以有效地结合水分子，阻止水珠的形成，起到防雾效果。
有益效果
本发明中防雾涂层具有良好的透明性、防雾性能和耐水溶性，在可见光波长范围内透光率均在100％左右，并具有可持久使用的稳定性能，可多次重复使用。
附图说明
图1为实施例11中亲水聚合物的红外图。
图2为实施例2中聚合物防雾涂层样品在可见光下(400-800nm)的透光度。
图3为实施例3中样品防雾效果图(左图为实施例3中制备的防雾涂层，右图为无防雾涂层的基材作为对照)。
图4为对比例1中防雾涂层的透光率测试结果图。
图5为实施例4中样品和没有涂层的空白基材(对照)在冷藏环境下的外观图。
图6为实施例5中样品在摩擦前后的防雾效果图。
图7为实施例7中亲水聚合物的红外图谱。
图8为实施例4中亲水聚合物的红外图谱。
图9为实施例10中亲水聚合物的红外图谱。
图10为实施例6中亲水聚合物的红外图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明中涉及到多种物质的添加量、含量及浓度，其中所述的“份”，除特别说明外，皆指“重量份”；所述的百分含量，除特别说明外，皆指质量百分含量。
实施案例中所用溶剂、单体和引发剂等实际均购于上海易势化工有限公司。
接触角：采用接触角测量仪在室温下测定不同涂层样品的静态接触角，每个涂层表面选取不同的位置，测试三次取平均值。
透光度：紫外-可见分光光度计(UV-1800)表征扫描波长范围300～800nm，扫描步长2nm，测试结果采用透过率-波长曲线描述。
实验中所用的硅烷偶联剂均为官能团为乙烯基的KH570。
实施例1
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对玻璃基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。在20份浓硫酸中加入0.1份过氧化氢水溶液，溶液总重100g。混合均匀后将基材放入其中，加热水煮沸0.1min后取出，经去离子水清洗后氮气吹干备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为0.1wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，25℃下浸没36小时。其中混合溶剂A中的成分为无水乙醇50份、去离子水50份和乙酸0.1份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将50份甲基丙烯酸2-叔丁基氨基乙基酯与1份光引发剂二苯甲酮混合于去离子水中，配置质量分数为0.1wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过刷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下5s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为64.2°，在水中浸泡10min后，接触角为10.1°。涂层厚度约为5μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
实施例2
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对玻璃基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。在1份浓硫酸中加入3份过氧化氢水溶液，溶液总重100g。混合均匀后将基材放入其中，加热水煮沸10min后取出，经去离子水清洗后氮气吹干备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为0.5wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，27℃浸没30小时。其中混合溶剂A中的成分为：异丙醇45份、去离子水45份和乙酸0.2份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将100份甲基丙烯酸2-叔丁基氨基乙基酯与1份光引发剂二苯甲酮混合于去离子水中，配置质量分数为0.5wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过旋涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下10s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为67.1°，在水中浸泡10min后，接触角为12.7°。涂层厚度约为4μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图2表明：聚合物防雾涂层的透光度基本都在100％左右，达到了很好的透明效果。
实施例3
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对玻璃基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。在10份浓硫酸中加入1份过氧化氢水溶液，溶液总重100g。混合均匀后将基材放入其中，加热水煮沸20min后取出，经去离子水清洗后氮气吹干备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为1wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，28℃浸没24小时。其中混合溶剂A中的成分为：无水乙醇40份、去离子水40份和乙酸0.5份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将500份N-乙烯基吡咯烷酮与1份光引发剂二苯甲酮混合于去离子水中，配置质量分数为1wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过旋涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下20s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为62.9°，在水中浸泡10min后，接触角为11.6°。涂层厚度约为4μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图3表明：在水浴锅上搭建产生水汽的装置，将基片静置其上，涂覆防雾涂层的一侧向水面，基片距离水面3cm，室温为25℃，水浴温度设置为70℃。经过30s后进行对比，基材表面无起雾现象，形成一层均匀附着的水膜。
实施例4
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对玻璃基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。在5份浓硫酸中加入2份过氧化氢水溶液，溶液总重100g。混合均匀后将基材放入其中，加热水煮沸40min后取出，经去离子水清洗后氮气吹干备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为2wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，29℃浸没20小时。其中混合溶剂A中的成分为：正丁醇35份、去离子水35份和氨水1份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将1000份N-乙烯基吡咯烷酮与1份光引发剂二苯甲酮混合于1份去离子水和1份乙醇的混合溶剂中，配置质量分数为5wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过刷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下50s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为63.4°，在水中浸泡10min后，接触角为14.9°。涂层厚度约为5μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
冷防雾测试：
将容量为300ml的烧杯中添加200ml水，将按实施例4制备的测试用样品封盖在薄膜上方，并用橡皮筋固定。将封有样品的烧杯放入冰箱冷藏室(温度3-6℃)，进行防雾时效处理，记录样品在冷藏环境下的外观变化，如图5所示，可知没有涂层的空白基材透明度很差，样品表面有很多小水滴。防雾涂层的透明度高，且膜面无水滴。
图8表明：N-乙烯基吡咯烷酮中的C＝O吸收峰位于1634cm-1，N-H的吸收峰位于2932cm-1，证明了聚合物合成成功。
实施例5
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对玻璃基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。在7份浓硫酸中加入3份过氧化氢水溶液，溶液总重100g。混合均匀后将基材放入其中，加热水煮沸60min后取出，经去离子水清洗后氮气吹干备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为3wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，30℃浸没12小时。其中混合溶剂A中的成分为：异丙醇30份、去离子水30份和氨水1.5份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将600份甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱与2份光引发剂二苯甲酮混合于去离子水中，配置质量分数为10wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过刷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下100s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为59.2°，在水中浸泡10min后，接触角为10.8°。涂层厚度约为4μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
将按实施例5制备的样品置于摩擦仪上，有涂层一面向上，使其中心与摆杆中心重合并使其固定。在摩擦仪压模上端的压重梁上，加上荷重砝码，总荷重(重压梁、压模、荷重砝码、钢丝绒等)为750g±15g，施加在样品表面。启动摩擦仪，往复摩擦1000次。经过摩擦后的样品仍具有防雾效果(如图6所示)。
实施例6
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加250W的功率以产生等离子体，在该条件下处理60min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为5wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，35℃浸没10小时。其中混合溶剂A中的成分为：甲醇25份、去离子水25份和氨水2份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将120份甲基丙烯酸羟乙酯与5份光引发剂DMPA混合于去离子水中，配置质量分数为15wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过喷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，置于紫外光1W/cm2照射下300s引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为58.7°，在水中浸泡10min后，接触角为9.8°。涂层厚度约为4μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图10表明：HEMA中的-OH特征峰位于2933cm-1，C＝O吸收峰位于1736cm-1，证明了聚合物合成成功。
实施例7
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚碳酸酯(PC)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加350W的功率以产生等离子体，在该条件下处理40min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为8wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，40℃浸没8小时。其中混合溶剂A中的成分为：丙三醇20份、去离子水20份和氨水3份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将300份丙烯酸与5份光引发剂DMPA混合于N,N-二甲基甲酰胺中，配置质量分数为20wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过旋涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，40℃下反应48h引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为62.3°，在水中浸泡10min后，接触角为14.5°。涂层厚度约为6μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图7表明：AA的羧基特征峰位于1551cm-1，证明了聚合物合成成功。
实施例8
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚氨酯(PU)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加500W的功率以产生等离子体，在该条件下处理10min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为10wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，45℃浸没4小时。其中混合溶剂A中的成分为：N,N’-二甲基甲酰胺15份、去离子水15份和氨水3.5份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将400份甲基丙烯酸羟乙酯与10份光引发剂DMPA混合于N,N-二甲基甲酰胺中，配置质量分数为30wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过旋涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，60℃下反应24h引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为65.7°，在水中浸泡10min后，接触角为14.1°。涂层厚度约为5μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
实施例9
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加800W的功率以产生等离子体，在该条件下处理5min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为15wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中50℃浸没2小时。其中混合溶剂A中的成分为：N,N’-二甲基乙酰胺10份、去离子水10份和氨水4份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将600份甲基丙烯酸羟丙酯与15份光引发剂DMPA混合于N,N-二甲基酰胺中，配置质量分数为29wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过喷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，80℃下反应12h引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为66.2°，在水中浸泡10min后，接触角为11.7°。涂层厚度约为5μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
实施例10
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚乙烯(PE)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加1kW的功率以产生等离子体，在该条件下处理1min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为20wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，55℃浸没1小时。其中混合溶剂A中的成分为：异丙醇38份、去离子水5份和氨水4.5份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将180份N-酰胺吗啉与20份光引发剂DMPA混合于N,N-二甲基乙酰胺中，配置质量分数为25wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过刷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，100℃下反应1h引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为64.1°，在水中浸泡10min后，接触角为13.8°。涂层厚度约为6μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图9表明：N-酰胺吗啉中C-O-C的伸缩振动吸收峰位于1186cm-1，酰胺键中C＝O的伸缩振动峰位于1633cm-1，证明了聚合物合成成功。
实施例11
(1)基材的预处理
用三份等量的去离子水、丙酮和乙醇分别对聚丙烯(PP)基材进行清洗，经过氮气流吹干后备用。将基材放置在等离子处理机中，压力室抽真空后，氧气流量调整为20cm3/min，并向电极施加2k W的功率以产生等离子体，在该条件下处理0.1min备用。
(2)硅烷偶联剂改性基材表面
将硅烷偶联剂溶于混合溶剂A中，配置质量分数为30wt％的溶液，将经过预处理的基材置于上述硅烷溶液中，60℃浸没0.1小时。其中混合溶剂A中的成分为：无水乙醇5份、去离子水50份和氨水5份，溶液总重100g。
(3)紫外光引发制备亲水型防雾涂层
将1000份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与30份光引发剂DMPA混合于N,N-二甲基甲酰胺中，配置质量分数为22wt％的溶液，溶液总重10g，将其溶液通过喷涂的方法均匀涂覆在经过硅烷溶液处理过的基材上，120℃下反应0.5h引发聚合，形成亲水性防雾涂层。
所得涂层水初始接触角为62.6°，在水中浸泡10min后，接触角为12.1°。涂层厚度约为4μm。其在可见光波长范围内透光率可达100％。与未处理基材相比，涂覆有防雾涂层的样品具有良好的防雾效果，防雾效果与图3效果相同。
图1表明：1220cm-1和1040cm-1处的峰是由于聚合物AMPS中磺酸基团的特征吸收峰，说明聚合物的成功被接枝到基材表面。
对比例1
中国专利CN109868025A公开了一种水性常温自交联超亲水防雾涂层的制备方法，该方法包括：先分别制备亲水性聚丙烯酸酯、改性纳米硅溶胶和改性表面活性剂，之后再将该三者与交联剂和助剂均匀混合，并涂覆在基材表面，且通过室温下自然晾干即得到超亲水防雾涂层。与其透光度(见图4)相比，本发明透光度明显更高，且可以保持较长时间。

Claims (10)

1.一种亲水性聚合物防雾涂层，其特征在于，将活化后的基材浸没于硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中，将亲水单体与引发剂的混合溶液涂覆于得到的硅烷偶联剂改性基材，然后紫外光引发或热引发自由基聚合得到。
2.根据权利要求1所述涂层，其特征在于，所述基材为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚碳酸酯PC、聚氨酯PU、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯PE或聚丙烯PP；催化剂为含有质子的酸或含有质子的碱。
3.根据权利要求1所述涂层，其特征在于，所述亲水单体包括(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酸2-叔丁基氨基乙基酯、(甲基)丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙氨基乙基酯、(甲基)丙稀酰乙基磺基甜菜碱、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、3-[[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯中的一种；引发剂为安息香醚类、二苯甲酮类中的至少一种或偶氮类引发剂、过氧类引发剂、氧化还原类引发剂中的至少一种。
4.一种亲水性聚合物防雾涂层的制备方法，包括：
(1)将基材活化，然后浸没于硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中，得到硅烷偶联剂改性基材；
(2)将亲水单体、引发剂和溶剂混合，将得到的混合溶液涂覆于步骤(1)中的硅烷偶联剂改性基材，通过紫外光引发或热引发自由基聚合，得到亲水性聚合物防雾涂层，其中亲水单体和引发剂的重量比为50～1000：1～30，混合溶液浓度为0.1～30wt％。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中将基材活化的方法为：通过食人鱼溶液浸泡或等离子体处理的方法将基材进行活化；浸没温度为25～60℃，浸没时间为0.1～36小时。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中催化剂、有机溶剂和去离子水的重量比为0.1～5：50～5：5～50；硅烷偶联剂和催化剂的混合溶液中硅烷偶联剂的质量分数为0.1～30wt％。
7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中溶剂包括芳香烃类物质、四氢呋喃、C1-C9的醇类物质、去离子水中的一种或几种；涂覆的方法包括刷涂、旋涂或喷涂。
8.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中紫外光引发自由基聚合的工艺参数为：紫外光波长为10-400nm，紫外光照密度为1-1.5W/cm2，辐射时间为5-300s。
9.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤(2)中热引发自由基聚合的温度为40-120℃，热引发自由基聚合的时间为0.5～48h。
10.一种如权利要求1所述涂层的应用。
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