專利名稱：一種改變光滑玻璃表面潤濕性能的方法及其對玻璃微通道表面改性的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對玻璃基材光滑表面進行改性以改變其表面潤濕性能的方法，特別適用于生物醫(yī)藥、生命科學(xué)以及化工行業(yè)中的玻璃微通道反應(yīng)器光滑表面的改性過程。
背景技術(shù)：
潤濕現(xiàn)象指液體能接觸并附著在固體表面的現(xiàn)象。潤濕性能指液體保持與固體表面接觸的能力。潤濕性是固體表面的重要特征之一，許多物理化學(xué)過程，如吸附、潤滑、黏合和摩擦等，均與表面的潤濕性密切相關(guān)。潤濕現(xiàn)象在造紙業(yè)、新材料制備、生物芯片等工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)用極其廣泛，例如，礦物的泡沫浮選和洗滌、機械系統(tǒng)中連接處的潤滑、微流體器件中液體的可控輸送、制造相片用感光乳劑的涂布等都與潤濕性有著密切的聯(lián)系。固體表面的潤濕性通常用水滴在其表面上形成的接觸角來衡量，接觸角小于90°的表面稱為親水表面，此種表面的潤濕性較強；大于90°的表面稱為疏水表面，此種表面的潤濕性較弱，液滴在表面上將以盡可能大的程度呈球狀。影響固體 表面潤濕性能的因素主要是表面粗糙度和表面能。目前，現(xiàn)有的固體表面改性方法均是源自對上述兩個因素的控制:一方面可以通過化學(xué)位錯刻蝕、光刻微加工、等離子體刻蝕或電鍍氟化合成法在固體表面構(gòu)筑微納米粗糙結(jié)構(gòu)，從而改變表面粗糙度來達到表面改性的目的；另一方面通過物理、化學(xué)氣相沉積，電化學(xué)以及表面鍍膜等方法改變固體的表面能，以達到改變其潤濕性能的目的。如中國發(fā)明專利申請CN1778749A公開了一種玻璃疏水鍍膜液，可以在汽車玻璃表面形成一層透明憎水膜；中國發(fā)明專利申請CN1562842A與CN1267644A分別公開了采用磁控濺射法在玻璃表面鍍不同材料親水膜的方法來改變其潤濕性能。然而對于表面光滑的玻璃微通道反應(yīng)器而言，由于其特征尺寸通常在幾微米至幾百微米級，若在其表面構(gòu)造微納結(jié)構(gòu)的粗糙度改變其潤濕性能，會引起其表面形貌的較大改變，對其內(nèi)的流體流動產(chǎn)生的影響相對較大。而目前常用的玻璃表面改性的表面鍍膜的方法也存在著鍍膜厚度難以控制且對通道尺寸影響較大、工序較為復(fù)雜、質(zhì)量較難保證等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改變玻璃基材光滑表面潤濕性能的簡便方法。三甲基氯硅烷是一種憎水性較強的硅鹵鍵化合物(分子式為(CH3)3SiCl),在乙醇、苯、乙醚和過氯乙烯等有機溶劑中有良好的溶解性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:三甲基氯硅烷作為溶質(zhì)，乙醇為溶劑，配制質(zhì)量濃度為10 IOOwt^的改性溶液，將玻璃基材放入改性溶液中浸潰至少10分鐘，取出后在80°C 120°C條件下進行干燥處理。未改性的光滑玻璃基材表面具有良好的親水性，水滴在該基材表面的靜態(tài)接觸角為35。左右，如附圖1所示。按照本發(fā)明的方法對光滑玻璃基材表面進行修飾后，水滴在修飾后基材表面的接觸角可達到90° 100°，如附圖2所示，此時該表面為疏水表面。從改性機理來說，本發(fā)明選擇通過使用低表面能的物質(zhì)對玻璃基材表面修飾，從而達到改變該基材表面潤濕性能的目的，且本方法的改性效果具有較好的穩(wěn)定性以及改性效果的持久性。
本發(fā)明還提供了將上述表面浸潤性改性方法在玻璃微通道反應(yīng)器中的應(yīng)用。將深100微米、寬200微米、混合區(qū)長度為3cm的T型玻璃微通道(如附圖3所示)，置于適宜濃度的三甲基氯硅烷乙醇溶液中，靜置一定時間后取出并干燥。通過上述方法改性后，玻璃通道的摩擦阻力降與改性前相比明顯降低，這正是通道表面改性后疏水性能增強而造成的。與目前改變固體表面潤濕性所廣泛使用的鍍膜法相比，本發(fā)明所提供的改性方法簡便易行、成本低、可操作性強，針對化工、生物醫(yī)藥等行業(yè)中的由普通玻璃基材制成的微反應(yīng)器表面浸潤性的調(diào)控具有良好的應(yīng)用效果。


圖1為改性處理前水滴在光滑玻璃基材表面的接觸角；圖2為采用本發(fā)明提出的方法進行改性處理后水滴在光滑玻璃基材表面的接觸角；圖3為T型玻璃微通道示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過以下的實施例做進一步說明，但這些實施例中的具體實施條件和細節(jié)都不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明不適當?shù)南拗?。實施?-6實施例1-6為光滑玻璃基材在不同濃度的改性液中浸潰120分鐘，在80°C條件下進行干燥后表面浸潤性情況。使用接觸角儀對各例中改性表面與水的靜態(tài)接觸角測試結(jié)果公布于表I中(如下)。表I
權(quán)利要求
1.一種對表面光滑玻璃基材進行表面修飾來改變該基材表面潤濕性能的方法，包含配制溶質(zhì)為三甲基氯硅烷，溶劑為乙醇，溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不低于10 %的改性溶液，將玻璃基材放入改性溶液中浸潰30分鐘以上，取出后將基材置于80-120°C下進行干燥處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于:改性溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為70% -100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于:基材在改性溶液中的浸潰時間為60-180 分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于:干燥處理時溫度為80°C-100°C。
5.將權(quán)利要求1中所述的方法應(yīng)用于降低玻璃微通道反應(yīng)器內(nèi)液相流體流動的摩擦阻力降過程中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改變光滑玻璃基材表面潤濕性能的方法及其在玻璃微通道表面改性中的應(yīng)用。將三甲基氯硅烷溶于溶劑中配制成改性溶液，玻璃基材放于改性溶液中浸漬后進行烘干處理，即可對原有親水性良好的表面進行疏水化改性。水滴在修飾后基材表面的接觸角可達到90°～100°。采用此方法對普通的玻璃微通道進行改性后，隨著微通道表面親水性的減弱，去離子水的流動摩擦阻力降有所降低。相對于常用的鍍膜改性的方法，本發(fā)明具有成本低、可操作性強以及改性效果穩(wěn)定等優(yōu)勢。特別是針對玻璃微通道反應(yīng)器等微小設(shè)備的表面潤濕性能的改變具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號C03C17/30GK103145346SQ20111040191
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者楊超, 王曦, 雍玉梅, 毛在砂, 汪洋, 馮鑫 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所