一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法技术

本发明专利技术提供一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法，特别涉及通过环氧氯丙烷铵与玻璃表面氨基的开环反应，后与5

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法


[0001]本专利技术涉及一种玻璃表面功能化的方法，其特别涉及玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法，其是通过环氧氯丙烷与玻璃表面氨基的开环反应，后与5
‑
氯甲基水杨醛的季铵盐化反应，而后与叔胺的二次季铵盐化反应，实现玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的功能改性，属于玻璃表面

技术背景
[0002]玻璃是一种各向同性的非晶无机材料，其具有很高的光透性，以及高硬度、高耐压、耐磨性、耐蚀性，又鉴于其良好的可加工性能已被广泛制成生活玻璃制品、车辆挡风玻璃、医用玻璃制品、玻璃幕墙、玻璃温室、光伏玻璃、水下设备仪器的玻璃光学窗口等等。但是这些玻璃制品在工作状态下，不可避免地出现表面吸附环境中的尘埃、悬浮有机物或微生物，或在冷空气中结雾等，因而造成玻璃表面污染和透光率降低，甚至“失明”。为此，人们已经发现采用气相沉积技术、光刻蚀技术或纳米技术在玻璃表面沉积纳米粒子层，利用纳米粒子的超高表面能造成玻璃表面的超亲水性，常态下玻璃表面形成超亲水膜，经阳光照射催化产生超氧自由基和羟基自由基，这些自由基能够氧化降解附着在玻璃表面上的有机物或微生物，致其分解或死亡，而被雨水冲掉，实现玻璃表面自清洁。
[0003]目前人们已经清楚得知大幅度提高玻璃的表面亲水性，能够制得自洁玻璃。例如CN201210442595.7、CN201410321560.7、CN201410145198.2、CN201410551397.3、CN201110155872.1、CN202210463398.7都通过携带
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C＝C、
‑
NH2、
‑
SH、
‑
NCO或环氧基的硅烷偶联剂在所述玻璃表面上的缩合反应，可建立新生的化学活性中心，依据这些化学活性中心进行接枝共聚，可链接聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、季铵羧酸内盐、季铵磷酸内盐或季铵磺酸内盐等，这些亲水性物质在玻璃表面上生成水化层，能隔离和阻止空中的尘埃或微生物在玻璃表面上的接触或黏附；或者由玻璃表面上的接枝聚合引入辣椒素、氯胺、季铵盐等一些抗菌剂，杀灭或抑制微生物在玻璃表面上的繁衍和生长，借用自然雨水冲刷玻璃表面的所有污垢。
[0004]玻璃表面键合季铵盐是玻璃表面功能化的一种，利用一些季铵盐的吸潮和吸湿性不仅可以大幅度提高玻璃表面常态下的亲水性，其也是一种优良的非缓释型抗菌剂，并且具有性质稳定、化学结构可设计、制备方法简单、对人体的刺激性小和抗菌广谱的特点。为此，玻璃表面以简易方法键合季铵盐具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法，实现本专利技术的技术方案如下述反应式所示的制备过程：
[0006][0007]其中所述反应式中的R1、R2和R3分别选自取代或未取代C1～C
18
烃基，通式(2)中R选自
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F、
‑
Cl、
‑
Br、
‑
OH、(CH3)2N
‑
、
‑
COOH、
‑
SO3H或取代或未取代C1～C
18
烃基中的一种或两种以上。
[0008]玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的具体方法，其包括如下步骤：
[0009]步骤一：在清洗干净并干燥的玻璃基片单面上，加注质量百分浓度为98％的浓硫酸与质量百分浓度为30％过氧化氢的混合溶液，控温20～120℃，控制时间0.5～50小时，后取出玻璃基片，并使用去离子水清洗玻璃片表面，然后在60～90℃下真空干燥，得到表面羟基化的玻璃片。
[0010]其中所述混合溶液中浓硫酸和过氧化氢的体积比例为9:1～7:3，所述混合溶液用量为玻璃基片质量的2～200％。
[0011]步骤二：在步骤一所得的所述羟基化玻璃片单面上，加注氨基硅烷偶联剂溶液，放入30～130℃烘箱中，控制时间0.5～20小时后，取出并冷却，得到表面氨基化的玻璃片。
[0012]其中所述氨基硅烷偶联剂溶液中的氨基硅烷偶联剂:乙醇:水的质量比例为1～5:50～98:5～45，所述氨基硅烷偶联剂溶液用量是玻璃基片质量的2～200％。
[0013]所述氨基硅烷偶联剂指的是3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、N
‑
乙基
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、N
‑
乙基
‑3‑
氨基丙基三乙氧基硅烷、3
‑
氨基丙基二甲氧基甲基硅烷、3
‑
氨基丙基二乙氧基甲基硅烷中的一种或两种以上。
[0014]步骤三：在所述氨基化玻璃片的表面上缓慢加注环氧氯丙烷，并置入反应器中，控温20～60℃，反应时间控制0.5～20小时，后使用N2吹去未反应的环氧氯丙烷，得到表面叔胺基化的玻璃片。
[0015]其中所述环氧氯丙烷用量是玻璃基片质量的5～500％。
[0016]步骤四：在步骤三所得的所述叔胺基化玻璃片表面上，加注5
‑
氯甲基水杨醛溶液，放入0～60℃反应器中，反应时间控制0.5～50小时，后取出并使用丙酮清洗去除玻璃片上未反应的5
‑
氯甲基水杨醛，干燥后，得到表面季铵化的玻璃片。
[0017]其中所述5
‑
氯甲基水杨醛溶液中的5
‑
氯甲基水杨醛:有机溶剂的质量比为0.01～
0.5:1，所述5
‑
氯甲基水杨醛溶液的用量是玻璃基片质量的2～200％。
[0018]所述有机溶剂指的是丙酮、丁酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、氯仿、1,2
‑
二氯乙烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,4
‑
二氧六环、十氢萘、甲苯、氯苯、二甲亚砜或N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。
[0019]步骤五：在步骤四所得的所述季铵盐化玻璃片的表面上，加注叔胺溶液，放入20～90℃反应器中，控制反应时间0.5～50小时后，使用溶剂洗涤玻璃表面，并回收未反应的叔胺，干燥后，制得表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的玻璃。
[0020]其中所述叔胺溶液中的叔胺:溶剂的质量比为0.5:0～5，所述叔胺溶液用量是玻璃基片质量的5～500％。
[0021]所述叔胺具有通式(1)或通式(2)所示结构：
[0022][0023]其中通式(1)中的R1、R2和R3分别选自取代或为取代C1～C
18
烃基，通式(2)中R选自
‑
F、
‑
Cl、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、在清洗干净并干燥的玻璃基片单面上，加注质量百分浓度为98％的浓硫酸与质量百分浓度为30％过氧化氢的混合溶液，控温20～120℃，控制时间0.5～50小时，后取出玻璃基片，并使用去离子水清洗玻璃片表面，然后在60～90℃下真空干燥，得到表面羟基化的玻璃片；其中所述混合溶液中浓硫酸和过氧化氢的体积比例为9:1～6:4，所述混合溶液用量为玻璃基片质量的2～200％；步骤二、在步骤一所得的所述羟基化玻璃片表面上，加注氨基硅烷偶联剂溶液，放入30～130℃烘箱中，控制时间0.5～20小时后，取出并冷却，得到表面氨基化的玻璃片；其中所述氨基硅烷偶联剂溶液中的氨基硅烷偶联剂:乙醇:水的质量比例为1～5:50～98:1～48，所述氨基硅烷偶联剂溶液用量是玻璃基片质量的2～200％；步骤三、在步骤二所得的所述氨基化玻璃片放入20～60℃反应器后，所述氨基化玻璃片的表面上缓慢加注环氧氯丙烷，反应时间控制0.5～20小时，后使用N2吹去未反应的环氧氯丙烷，得到表面叔胺基化的玻璃片；其中所述环氧氯丙烷用量是玻璃基片质量的5～500％；步骤四、在步骤三所得的所述叔胺基化玻璃片表面上，加注5
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氯甲基水杨醛溶液，放入0～60℃反应器中，反应时间控制0.5～50小时，后取出并使用丙酮清洗去除玻璃片上未反应的5
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氯甲基水杨醛，干燥后，得到表面季铵化的玻璃片；其中所述5
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氯甲基水杨醛溶液中的5
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氯甲基水杨醛:有机溶剂的质量比为0.01～0.5:1，所述5
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氯甲基水杨醛溶液的用量是玻璃基片质量的2～200％；步骤五、在步骤四所得的所述季铵盐化玻璃片的表面上，加注叔胺溶液，放入20～90℃反应器中，控制反应时间0.5～50小时后，使用溶剂洗涤玻璃表面，并回收未反应的叔胺，干燥后，制得表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的玻璃；其中所述叔胺溶液中叔胺:溶剂的质量比为0.5:0～5，所述叔胺溶液用量是玻璃基片质量的5～500％。2.依照权利要求1所述一种玻璃表面接枝季铵阳离子和酚铵两性离子的方法，其特征在于所述氨基硅烷偶联剂指的是3
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氨基丙基三甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张源源，生冬玲，窦维伟，刘志朋，张田林，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：