一种多层结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多层结构以及制备方法，所述多层结构包括基材、在所述基材上形成的过渡层以及在过渡层上形成的膜层，所述制备方法包括如下步骤：S1、基材的预处理：将基材通过等离子体放电进行清洁和活化；S2、过渡层的制备：通过等离子体放电在基材表面沉积一层过渡层；S3、膜层的制备：通过等离子体放电在过渡层上沉积膜层：S4、后处理：使膜层固化。本发明专利技术可以增强膜层和基材的结合力，并提高膜层的机械强度。

A Multilayer Structure and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种多层结构及其制备方法
本专利技术属于等离子体化学气相沉积
，具体涉及一种多层结构及其制备方法。
技术介绍
模具作为材料成型加工中的重要工艺装备，是工业生产的基础，利用模具所生产的产品的价值往往是其自身价值的很多倍。利用模具能够批量生产运用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗、生物、能源等行业具有重要价值的高质量零部件。60％-80％的产品都需要依靠模具加工成型。模具的工艺以及科技水平很大程度决定产品的质量、生产的效益以及新产品的开发，已成为衡量制造业水平高低的重要标志。目前，模具普遍具有较高的关联性，而且涉及面较广。随着制造行业的飞速发展，与之相对应的脱模剂材料也被广泛研究来满足模具行业的市场需求。脱模剂是一种在模具与模制品间起到隔离作用的添加剂，能够使模制品易于从模具中分离出来。脱模剂的使用可以减少模制品在分离过程中的机械损伤，从而改善模制品的外观品质以及改善模具的使用寿命；脱模剂在使用的过程中要求不易分解、与模具有着良好的结合力，且不易粘附到模制品表面。市场中常见的脱模剂主要分为有机氟系脱模剂、硅系脱模剂和蜡(油)系脱模剂。硅系脱模剂也有着较好的脱模性能，但往往需要反复涂在模具上；蜡(油)系脱模剂价格低廉，但是往往会对模具造成污染。有机氟系脱模剂性能较为优异，且对模具污染较小，其不仅具有氟化物的特点，能够降低材料的表面能，不易被其他物质浸润与吸附，也不易与其他物质融合，使其具有较好的脱模效果，但其较高的价格，在使用中具有一定的局限性。等离子体化学气相沉积，是一种利用等离子体激活反应气体，使其在基材表面进行化学沉积的技术。利用该方法制备的膜层较为均匀，成分可以精确控制，在不规则的基材也能较好的沉积，制备条件较为温和。但是，膜层的结合力是影响膜层质量的重要指标，直接影响模具的使用寿命。不同的基材与疏水功能层的结合能力的差异巨大。综上所述，开发一种新的方法用于对模具的表面进行修饰，使其具有较低的表面能易于与模制品分离，并且膜层与基材具有较好的结合力是很有必要的。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种多层结构以及制备方法，在不影响脱模性能的前提下，通过在膜层和基材之间结合一层过渡层，提高了膜层与基材的结合力从而也使得膜层更易于沉积在基材上，并提高了膜层的机械强度、膜层的厚度均一性以及致密性，使其能够增强使用寿命。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种多层结构的制备方法，所述多层结构包括基材、在所述基材上形成的过渡层以及在过渡层上形成的膜层，所述制备方法包括如下步骤：S1、基材的预处理：将基材置于反应腔室中，通过等离子体放电，对所述基材进行清洁和活化；S2、过渡层的制备：控制反应腔室温度为20～150℃，通入第一单体蒸汽，气体流量控制在10～500μLmin-1，反应腔室真空度控制在10～1000mTorr范围内，开启等离子体电源进行等离子体放电，使所述第一单体在基材表面进行化学气相沉积形成所述过渡层，其中所述第一单体为含环氧基的单体和/或含乙烯基的硅烷偶联剂；S3、膜层的制备：控制反应腔室温度为20～150℃，通入第二单体蒸汽，气体流量控制在10～500μLmin-1，当真空度在30～1000mTorr范围内时，开启等离子体电源进行等离子体放电，使所述第二单体在过渡层表面进行化学气相沉积形成所述膜层，其中，所述第二单体包括含氟且含乙烯基的单体以及多官能团单体，在所述第二单体蒸汽中，所述多官能团单体所占的质量分数大于0％且小于等于50％；S4、后处理：停止通入第二单体蒸汽、停止抽真空，并停止等离子体放电后，保持反应腔室温度为20～150℃，保持真空度在10～1000mTorr，保持5～30min，使膜层固化，通入惰性气体使反应腔室压力升高，然后取出基材。优选地，所述过渡层的厚度为10nm～5μm；所述含环氧基的单体为以下物质中的至少一种：烯丙基缩水甘油醚、环氧丁烯、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、1,2-环氧基-7-辛烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧-4-乙烯基环己烷、丙烯酸缩水甘油酯、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、环氧丙基三甲氧基硅烷。进一步优选地，所述含环氧基的单体为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和环氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或者其中的任意两种按照质量比为1:1、2:3或者1:4混合。优选地，所述含乙烯基的硅烷偶联剂为以下物质中的至少一种：乙烯基三氯硅烷、丙烯基三氯硅烷、甲基丙烯酸丙基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷。优选地，在所述第二单体蒸汽中，所述多官能团单体所占的质量分数为1～5％。优选地，所述含氟且含乙烯基的单体为以下物质中至少一种：2-全氟癸基丙烯酸乙酯、全氟癸基乙烯、全氟己基乙烯、2-(全氟十二烷基)乙基丙烯酸酯、1H,1H,2H-全氟-1-癸烯、1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟癸基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟己基)乙基甲基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙烯、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯。进一步优选地，所述含氟且含乙烯基的单体优选为：2-全氟癸基丙烯酸乙酯、2-(全氟十二烷基)乙基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯和2-(全氟己基)乙基甲基丙烯酸酯中的一种或者其中的任意两种按照质量比为1:1、2:3或者1:4混合。优选地，所述多官能团单体为以下物质中至少一种：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2,2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1,3-丁二烯、异戊二烯、1,4-戊二烯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯、二乙二醇二乙烯基醚、二丙烯酸新戊二醇酯、二甲基二乙烯基硅烷、1,4-二乙烯基-1,1,4,4-四甲基二甲硅烷基乙烷、二乙烯基二氯硅烷、聚二季戊四醇五丙烯酸酯。进一步优选地，所述多官能团单体优选为：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1,3-丁二烯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和二甲基二乙烯基硅烷中的一种或者其中的任意两种按照质量比为1:1、2:3或者1:4混合。优选地，所述第一单体中还包括多官能团单体，在所述第一单体蒸汽中，所述多官能团单体所占的质量分数为1～5％；所述多官能团单体为以下物质中至少一种：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2,2-双-(4-甘胺氧苯)丙烷、1,3-丁二烯、异戊二烯、1,4-戊二烯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯、二乙二醇二乙烯基醚、二丙烯酸新戊二醇酯、二甲基二乙烯基硅烷、1,4-二乙烯基-1,1,4,4-四甲基二甲硅烷基乙烷、二乙烯基二氯硅烷、聚二季戊四醇五丙烯酸酯。优选地，所述基材为固体模具或设备外壳。优选地，所述步骤S2中反应腔室温度为60～80℃，气体流量控制在50～200μLmin-1，反应腔室真空度控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层结构的制备方法，其特征在于，所述多层结构包括基材、在所述基材上形成的过渡层以及在过渡层上形成的膜层，所述制备方法包括如下步骤：S1、基材的预处理：将基材置于反应腔室中，通过等离子体放电，对所述基材进行清洁和活化；S2、过渡层的制备：控制反应腔室温度为20～150℃，通入第一单体蒸汽，气体流量控制在10～500μL min

【技术特征摘要】
1.一种多层结构的制备方法，其特征在于，所述多层结构包括基材、在所述基材上形成的过渡层以及在过渡层上形成的膜层，所述制备方法包括如下步骤：S1、基材的预处理：将基材置于反应腔室中，通过等离子体放电，对所述基材进行清洁和活化；S2、过渡层的制备：控制反应腔室温度为20～150℃，通入第一单体蒸汽，气体流量控制在10～500μLmin-1，反应腔室真空度控制在10～1000mTorr范围内，开启等离子体电源进行等离子体放电，使所述第一单体在基材表面进行化学气相沉积形成所述过渡层，其中所述第一单体为含环氧基的单体和/或含乙烯基的硅烷偶联剂；S3、膜层的制备：控制反应腔室温度为20～150℃，通入第二单体蒸汽，气体流量控制在10～500μLmin-1，当真空度在30～1000mTorr范围内时，开启等离子体电源进行等离子体放电，使所述第二单体在过渡层表面进行化学气相沉积形成所述膜层，其中，所述第二单体包括含氟且含乙烯基的单体以及多官能团单体，在所述第二单体蒸汽中，所述多官能团单体所占的质量分数大于0％且小于等于50％；S4、后处理：停止通入第二单体蒸汽、停止抽真空，并停止等离子体放电后，保持反应腔室温度为20～150℃，保持真空度在10～1000mTorr，保持5～30min，使膜层固化，通入惰性气体使反应腔室压力升高，然后取出基材。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡层的厚度为10nm～5μm；所述含环氧基的单体为以下物质中的至少一种：烯丙基缩水甘油醚、环氧丁烯、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、1,2-环氧基-7-辛烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、1,2-环氧-4-乙烯基环己烷、丙烯酸缩水甘油酯、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、环氧丙基三甲氧基硅烷；所述含环氧基的单体优选为：甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和环氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或者其中的任意两种按照质量比为1:1、2:3或者1:4混合；所述含乙烯基的硅烷偶联剂为以下物质中的至少一种：乙烯基三氯硅烷、丙烯基三氯硅烷、甲基丙烯酸丙基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第二单体蒸汽中，所述多官能团单体所占的质量分数为1～5％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氟且含乙烯基的单体为以下物质中至少一种：2-全氟癸基丙烯酸乙酯、全氟癸基乙烯、全氟己基乙烯、2-(全氟十二烷基)乙基丙烯酸酯、1H,1H,2H-全氟-1-癸烯、1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟癸基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟己基)乙基甲基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙烯、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚，崔元正，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44