一种丙烯酰胺纳米涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种丙烯酰胺纳米涂层及其制备方法,丙烯酰胺纳米涂层的特征在于将基材暴露于单体蒸汽氛围中，通过等离子体放电在基材表面发生化学反应形成保护涂层；所述单体蒸汽为汽化的单体1或者单体2，或者单体1和单体2的混合物。采用本申请的方法在基材表面形成更加致密、细腻的微凸结构，使该涂层在纳米尺度下具有优良耐酸碱腐蚀性能以及超疏水效果，接触角可达到150°以上。

【技术实现步骤摘要】
一种丙烯酰胺纳米涂层及其制备方法
本专利技术涉及等离子体化学气相沉积
，具体涉及到一种纳米防护涂层及其制备方法。
技术介绍
众所周知，氟碳材料中的氟原子低极化率和强电负性赋予了氟碳聚合物许多独特的性质，如高疏水疏油性，耐化学试剂腐蚀性，优良的耐候性等，因此广泛应用在建筑涂料、纺织工业、军工领域等领域中。虽然含氟聚合物具有很多优点，但其单体价格昂贵、且使用常规涂覆方法不易成膜。CN106868473A《一种梯度递减结构防液涂层的制备方法》中利用等离子体化学气相沉积技术，将含有丙烯酸酯结构的氟碳材料及多官能度不饱和烃类衍生物成功地沉积到基材表面，形成具有梯度递减结构的保护涂层，拥有良好的阻隔防护性能。但经过研究发现，当单体中全氟烷基碳原子数在6以下时，疏水性明显下降。CN102471405A《含有氟烷基的N-取代(甲基)丙烯酰胺化合物、其聚合物及其用途》中，利用含有氟烷基的N-取代(甲基丙烯酰胺)化合物液体涂覆在被处理样品表面形成保护层，达到防锈、疏水等目的，且不受PFOA和PFOA类似物使用的限制，在碳数6以下时仍能保持优良的疏水性能。但该涂覆方法获得的涂层厚度往往达到微米级以上，浪费大量的单体，造成成本上升。因此，将含有氟烷基的N-取代(丙烯酰胺)，通过等离子体技术，制备具有纳米级厚度的涂层，既可以保证其在低氟代碳原子数情况下具有优异的疏水和防护性能，又可以避免单体的浪费。
技术实现思路
本专利技术是为了克服以上缺点，提供一种丙烯酰胺纳米涂层及其制备方法。本专利技术利用等离子体化学气相沉积技术，将含有丙烯酰胺结构的烯烃衍生物和含氟烷基丙烯酰胺单体沉积到基材表面，在基材表面形成了一种复合结构的纳米防护涂层。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，是将基材暴露于单体蒸汽氛围中，通过等离子体放电在基材表面发生化学反应形成保护涂层；所述单体蒸汽为汽化的单体1或者单体2，或者单体1和单体2的混合物；所述单体1具有如下的式(I)所示结构；所述单体2具有如下的式(II)所示结构；单体1：单体2：其中，R1、R2、R3、R6、R7、R8独立地选自氢、烷基、芳基、卤素、卤代烷基、烯基或卤代烯基，X、Y为氢或卤素；R4、R5独立地选自氢、烷基、芳基、卤素、卤代烷基或者具有式(III)所示结构:R11为碳原子数1-15的直链或者含有支链烷烃亚基，R12、R13、R14、R15为独立地选自氢、烷基、芳基、卤素或卤代烷基；R9、R10独立地选自碳原子数为1-15的直链、含有支链的烷基亚基或者含有芳基亚基；或者R9、R10为连接的键；m、n、p、q为0-20的整数，但m、n不同时为0，p、q不同时为0。在本专利技术中，R1、R2、R3、R6、R7、R8是与不饱和双键连接的基团，可以是疏水性基团，其中优选地，独立地选自氢、烷基、芳基、卤素、卤代烷基、烯基或卤代烯基；X、Y是氢，或者烷基碳链上的取代基，可选自卤素。R4、R5是与N原子连接的基团，优选地，R4、R5具有式(III)所示结构，因为，式(III)结构使得单体2具有双丙烯酰胺官能团，利于单体1、单体2的之间进一步反应。R11是双丙烯酰胺基团间的桥联基团，可以为碳原子数1-15的直链或者含有支链烷烃亚基，R12、R13、R14、R15是与N原子、不饱和双键连接的疏水基团，可独立地选自氢、烷基、芳基、卤素或卤代烷基。R9、R10是丙烯酰胺官能团与全氟烷基之间的桥联碳链段，独立地选自碳原子数为1-15的直链、含有支链的烷基亚基或者含有芳基亚基；或者仅是连接的键。桥联碳链是官能团与全氟烷基之间的缓冲段，可通过碳链的长度、结构来调整单体的稳定性和易获得性。进一步地，R1、R2、R3、R6、R7、R8独立地选自氢、甲基或氟基，X、Y为氟。进一步地，R9、R10是短碳链桥联基团，桥联基团碳原子数太长容易降低单体中氟原子的比例，R9、R10独立地选自碳原子数为1-5的直链亚烷基。进一步地，R11为碳原子数为3-10的直链烷烃亚基。单体1在常温常压下为液体。进一步地，m、n为2-10的整数。单体2是常温常压下沸点低于400℃的含氟丙烯酰胺。进一步地，所述基材为金属、光学仪器、衣服织物、电子器件或医疗器械等固体材料。本专利技术还公开了一种上述丙烯酰胺纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将基材置于等离子体室的反应腔体内，将反应腔体内的真空度抽到0.1-1000毫托；(2)通入等离子体源气体，开启沉积用等离子体放电，将单体1和/或单体2经汽化后导入反应腔体进行化学气相沉积反应；(3)关闭沉积用等离子体放电，通入洁净的压缩空气或者惰性气体恢复至常压，打开腔体，取出基材。进一步地，在步骤(2)中，所述单体1和所述单体2分别通入真空腔体；或者，所述单体1和所述单体2同时通入所述真空腔体；或者，向所述真空腔体内先通入所述单体1或所述单体2，然后再同时通入所述单体1和所述单体2的混合蒸汽。进一步地，步骤(2)中所述等离子体源气体为氦气、氩气、氮气和氢气中的一种或者若干种的混合物。进一步地，所述等离子体室的容积为1L-5000L；所述等离子体源气体流量为5-1000sccm；所述单体蒸汽的通入流量为1-2000μL/min。优选地，所述步骤(2)中，在通入所述等离子体源气体后以及在所述沉积用等离子体放电之前，还包括对基材进行预处理用等离子体放电工序。步骤(2)中通入等离子体源气体后，开启预处理用等离子体放电对基材进行预处理。预处理阶段的等离子体放电的功率为2-500W，持续放电时间为1-3600s。预处理阶段结束后进入沉积阶段(预处理用等离子体放电转换为沉积用等离子体放电)，两个阶段的等离子体放电方式以及参数可以相同也可以不同。进一步地，所述步骤(2)中，沉积用等离子体放电的功率为2-500W，持续放电时间为600-20000s。进一步地，所述等离子体放电(预处理用等离子体放电和/或沉积用等离子体放电)方式为射频放电、微波放电、中频放电、潘宁放电或电火花放电。进一步地，所述等离子体放电(预处理用等离子体放电和/或沉积用等离子体放电)为射频放电，射频放电过程中控制等离子体射频的能量输出方式为脉冲或连续输出，等离子体射频的能量输出方式为脉冲输出时，脉宽为10μs-50ms、重复频率为20Hz-10kHz。进一步地，使用本申请的涂层对基材的表面进行耐化学腐蚀疏水防护处理。采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：相比于现有技术，本专利技术提供了一种丙烯酰胺纳米涂层及其制备方法：(1)当单体的N原子上连有两个全氟烷基，由于氟原子电负性很强，全氟烷基之间相互排斥强，聚合物表面形成更加致密、细腻的微凸结构，可获得超疏水结构效果，接触角可达到150°以上。(2)当单体中N原子连接疏水结构的烷基或者含氟烷基时，即使在全氟烷基碳链长度小于6情况下，涂层疏水效果仍可达到120°以上；(3)利用等离子体技术制备出了纳米级厚度的丙烯酰胺涂层，与采用刷涂等现有技术制备厚度达几十微米的涂层相比，在减少了涂层原料用量条件下又达到了防护效果，降低了产品防护处理的成本。(4)采用本申请的方法制备出的涂层，其厚薄程度均一，不会出现涂层不同部位疏水效果不同的问题，并且形成的涂层具有优异的耐酸碱性能。本申请单独使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，将基材暴露于单体蒸汽氛围中，通过等离子体放电在基材表面发生化学反应形成保护涂层；所述单体蒸汽为汽化的单体1或者单体2，或者单体1和单体2的混合物；所述单体1具有如下的式(I)所示结构；所述单体2具有如下的式(II)所示结构；单体1：

【技术特征摘要】
1.一种丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，将基材暴露于单体蒸汽氛围中，通过等离子体放电在基材表面发生化学反应形成保护涂层；所述单体蒸汽为汽化的单体1或者单体2，或者单体1和单体2的混合物；所述单体1具有如下的式(I)所示结构；所述单体2具有如下的式(II)所示结构；单体1：单体2：其中，R1、R2、R3、R6、R7、R8独立地选自氢、烷基、芳基、卤素、卤代烷基、烯基或卤代烯基，X、Y为氢或卤素；R4、R5独立地选自氢、烷基、芳基、卤素、卤代烷基或者具有式(III)所示结构:R11为碳原子数1-15的直链或者含有支链烷烃亚基，R12、R13、R14、R15为独立地选自氢、烷基、芳基、卤素或卤代烷基；R9、R10独立地选自碳原子数为1-15的直链、含有支链的烷基亚基或者含有芳基亚基；或者R9、R10为连接的键；m、n、p、q为0-20的整数，但m、n不同时为0，p、q不同时为0。2.如权利要求1所述的丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，R1、R2、R3、R6、R7、R8独立地选自氢、甲基或氟基，X、Y为氟。3.如权利要求1所述的丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，R9、R10独立地选自碳原子数为1-5的直链亚烷基。4.如权利要求1所述的丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，R11为碳原子数为3-10的直链烷烃亚基。5.如权利要求1所述的丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，m、n为2-10的整数。6.如权利要求1所述丙烯酰胺纳米涂层，其特征在于，所述基材为金属、光学仪器、衣服织物、电子器件或医疗器械。7.如权利要求1-6任一项所述丙烯酰胺纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将基材置于等离子体室的反应腔体内，将反应腔体内的真空度抽到0.1-1000毫托；(2)通入等离子体源气体，开启沉积用等离子体放电，将单体1和/或单体2经汽化后导入反应腔体进行化学气相沉积反应；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗坚，
申请(专利权)人：江苏菲沃泰纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32