专利名称：常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法
技术领域：
本发明涉及等离子体放电聚合涂层方法，具体是涉及常压下等离子体介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法。
本发明涂层方法包括以下步骤(1)反应气体的配制采用氟碳化合物为反应单体，单体的化学结构式为CxFy(x＝1-8，y＝1-18，x与y的比值为1∶1-4)，放电聚合时采用惰性气体例如氦气、氖气或氩气为载气，惰性气体和单体的体积比为0-500∶1，将惰性气体和单体在气体混合器中充分混合，配成一定比例的反应气体，并通过流量计控制反应气体的流量为0.1-1.30SLM(标准升/分钟)。
(2)等离子体介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜涂层将纤维、织物或其它基质材料样品清洗干净，置于介质阻挡放电反应器中。其它基质可以是玻璃、木板、陶瓷、塑料薄膜等。介质阻挡放电反应器中的反应电极采用螺旋形电极，或者正负电极平行埋置于绝缘介质里面，形成表面放电。绝缘介质采用氧化铝、石英玻璃或四氟乙烯等。电源采用市售高压交流电源，输入电压220V，输入空载电压峰值15000V，频率10-100KHz。开启高压交流电源放电，放电时间为30秒-10分钟。整个反应过程是在常温常压下半开放式的反应器中进行，可使样品从进出口连续进出，放电反应器其余部分为封闭式结构。单体被高压电源激发聚合，纤维、织物或其它基质置于电极反应区中一定时间后取出，或控制传送速度，使织物在反应区域经过的总时间为30秒-10分钟，如在4个电极情况下，传送速度可为1转/分钟-100转/分钟，从反应区连续通过，在样品表面即涂覆一层纳米颗粒(颗粒直径20-200nm)膜结构的双疏涂膜，形成涂层。涂层后无需再进行其它处理。
整理后的织物纤维和玻璃性能测试结果1.接触角的测定采用JC2000A静滴接触角测量仪进行接触角的测试，结果表明，常压下等离子体介质阻挡放电涂层棉织物可获得与商用Scotchgard防水剂整理后的织物以及真空等离子体涂层棉织物相当的接触角。与极性介质水的接触角平均为130°左右，与非极性介质α-溴萘的接触角平均为120°左右(见表1)。
2.织物透湿性测试将处理后的织物铺盖在一定面积的蒸发皿上，恒温恒湿下，通过不同时间蒸发皿中水的重量的变化，从而计算出该织物的透湿速率和透湿指数。透湿指数为涂层处理织物的透湿速率与未涂层处理织物的透湿速率之比。结果表明(见表1)，常压等离子体介质阻挡放电涂层处理后织物的透湿性能与未涂层织物比几乎没有变化，透湿速率和透湿指数较真空等离子体涂层或用Scotchgard防水剂整理涂层织物有所提高。
3.沾水测试按国标GB/T4745进行，测试了涂层织物的表面抗湿性(沾水实验)。实验结果表明，常压等离子体介质阻挡放电涂层棉织物表面抗湿性可以达到2级。
4.手感舒适性测试采用FAST(织物风格仪)进行，结果表明，处理后的样品，经、纬向伸长率变化不大，但样品经、纬向的弯曲刚度分别下降了37.7％和71.8％(见表2)，说明经处理后可使织物的柔软性有所改善。
5.电镜测试通过JSM-5600LV数字化低真空扫描电镜观察，发现常压等离子体介质阻挡放电聚合涂层为20-200nm的纳米颗粒堆积膜，膜具有多孔结构(见
图1-图4)。这种多孔结构的纳米颗粒堆积膜提供了一定粗糙度的表面，有助于疏水、疏油性的提高。
本发明常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法，突破了真空等离子体处理的局限性，克服了化学涂层整理污染严重及对织物原有性能影响较大等弱点。不仅可以在棉织物上，还可以在玻璃、木板、陶瓷、聚乙烯塑料薄膜等表面进行拒水拒油双疏功能性涂层处理，与传统的化学整理方法相比较有以下优点1.高效、低能耗，能在数分钟内完成整个涂层处理过程。
2.反应在常压室温下进行，对基质样品本身的性能无损害。
3.是一种干态的反应过程，反应前后无需对化学试剂进行任何分离、清洗、烘干等操作，有利于环保。
4.所制备样品的憎水效果好，并对织物的力学性能无影响，对织物的手感舒适性还有所提高。
5.设备造价低，投资少，有利于工业上连续化大规模生产。
图2是实施例2中单体为C2F6时，介质阻挡放电涂层在玻璃片上所成膜的电镜观察图。
图3是实施例3介质阻挡放电涂层在织物表面所成膜的电镜观察图。
图4是实施例3介质阻挡放电涂层在纤维表面所成膜的电镜观察图。
图5是实施例4介质阻挡放电涂层在棉织物表面所成膜上形成的静置水珠照片。
图6是实施例4介质阻挡放电涂层在玻璃表面所成膜上形成的静置水珠照片。
图7是连续介质阻挡放电反应器的示意图。
表1、织物的接触角、织物透湿速率和透湿指数比较接触角(度)透湿速率涂层类别 透湿指数水甘油 α-溴萘 (g/min.cm2)常压等离子体132.96131.28124.19 4.456×10-50.9997真空等离子体137.06134.47 4.413×10-50.990Scothgard涂层 128.72134.88121.92 4.323×10-50.970
表2、织物定负荷下伸长性能、织物弯曲刚度分析测试结果
实施例2将玻璃片样品清洗干净，置于介质(四氟乙烯)阻挡放电反应器的电极放电反应区中，氦气和单体混合比为200∶1，采用单体CF4(或C2F6)，混合配成的反应气体流量为0.05SLM，功率为8kw，在常压室温下进行放电处理，处理时间为4分钟，不同单体在玻璃片上的涂层的电镜观察图，见图1和图2，显示涂层为多孔结构的纳米颗粒堆积膜，为表面提供了一定粗糙度，有助于疏水疏油性的提高。
权利要求
1.一种常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)配制反应气体，采用氟碳化合物CXFY为反应单体，其中x＝1-8，y＝1-18，x与y的比值为1∶1-4，单体和惰性气体按体积比为1∶0-500混合成反应气体，反应气体流量为0.1-1.30SLM；(2)将纤维、织物或其它基质材料置于介质阻挡放电反应器中的电极放电反应区中或从反应区中连续通过，反应在常温常压下进行，放电时间是30秒-10分钟，单体被激发聚合，在材料表面涂覆一层纳米颗粒膜的双疏薄膜，形成涂层。
2.如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述惰性气体是氦气、氖气或氩气。
3.如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述介质阻挡放电反应器中的电极为螺旋形电极，或者正负电极平行埋置于绝缘介质里面，形成表面放电。
4.如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述介质阻挡放电反应器中的绝缘介质是氧化铝、石英玻璃或四氟乙烯。
5.如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述其它基质材料可以是玻璃、木材、陶瓷或塑料薄膜。
6.如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于该介质阻挡放电反应器是用于进行连续化涂层整理的介质阻挡放电反应器。
全文摘要
常压介质阻挡放电聚合涂层方法，可应用于织物、纤维、塑料薄膜、玻璃、陶瓷等其它基质上的拒水拒油整理。其特点是在常压室温下，把氟碳气态单体通过介质阻挡放电激发单体聚合，在基质材料表面涂覆一层极薄的纳米颗粒膜结构的双疏薄膜，可使棉织物表面水(或甘油)和α－溴萘的接触角分别为130°和120°左右，表面静置水珠能持续到自然完全挥发，国标GB/T4745沾水试验达到平均2级，而且无损织物的力学性能，手感舒适性还有所提高，是一种价廉、连续化、大面积、无污染的双疏涂层整理新方法。
文档编号B05D1/00GK1433848SQ0311525
公开日2003年8月6日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者张菁, 郭颖, 杨沁玉, 周荣铭 申请人:东华大学