親水性膜、其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠使液體在單一方向上定向地迅速擴(kuò)散的親水性膜，所述親水性膜包括：基板，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和親水性涂層，所述親水性涂層包括二氧化硅涂層。本發(fā)明還提供一種制備親水性膜的方法，所述方法包括：配制二氧化硅水性分散液，其中二氧化硅的平均粒度為1至60nm，二氧化硅濃度為0.05重量％至15重量％；將所述二氧化硅水性分散液涂布到基板上，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和將涂布有二氧化硅水性分散液的基板進(jìn)行干燥。
【專利說明】親水性膜、其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種親水性膜，特別涉及一種使液體定向擴(kuò)散的親水性膜，本發(fā)明還涉及所述親水性膜的制備方法和所述親水性膜的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]親水性膜在多個(gè)領(lǐng)域中具有應(yīng)用。使用親水性涂層對(duì)基底膜進(jìn)行親水性修飾是制備親水性膜的方法之一?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)報(bào)道了將納米二氧化硅涂層涂覆到基底上以提高親水性，從而改善液體流動(dòng)速度和防霧性能。但是對(duì)已有的親水性膜而言，不能控制液體在親水性表面上的擴(kuò)散方向，因而液體在各個(gè)方向上的擴(kuò)散速度相同。
[0003]對(duì)于在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用，需要控制液體在一個(gè)方向上定向擴(kuò)散。例如，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷的領(lǐng)域中，需要使用各種分析試片。這些試片被用于測(cè)試血液和尿液中的葡萄糖、膽固醇、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的含量。為了監(jiān)測(cè)糖尿病患者的血糖水平，每天都需要使用血糖儀和試片進(jìn)行數(shù)次測(cè)量。由于在現(xiàn)有試片上的液體流動(dòng)沒有方向性，在測(cè)量中采集的血液有相當(dāng)一部分沒有被利用。為了提高血液的利用率，減少每次測(cè)量中的血液用量，希望使血液在試片上快速地定向流動(dòng)。
[0004]因此，需要開發(fā)一種能使液體快速地定向擴(kuò)散的親水性膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)的目的是提供一種親水性膜及其制備方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種能夠使液體在單一方向上定向地迅速擴(kuò)散的親水性膜，所述親水性膜包括:
[0007]基板，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和
[0008]親水性涂層，所述親水性涂層包括二氧化硅涂層。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備親水性膜的方法，所述方法包括:
[0010]配制二氧化硅水性分散液，其中二氧化硅的平均粒度為I至60nm，二氧化硅濃度為0.05重量％至15重量％ ；
[0011]將所述二氧化硅水性分散液涂布到基板上，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)，和
[0012]將涂布有二氧化硅水性分散液的基板進(jìn)行干燥。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1 (A)是現(xiàn)有技術(shù)中平面PET膜的橫截面示意圖和親水性處理前后的液體擴(kuò)散效果示意圖，圖1(B)是本發(fā)明親水性膜的一個(gè)實(shí)施例的橫截面示意圖和親水性處理前后的液體擴(kuò)散效果示意圖。
[0014]圖2(A)_(C)分別為本發(fā)明一個(gè)比較例和兩個(gè)實(shí)施例的液體擴(kuò)散測(cè)試結(jié)果。
[0015]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液體擴(kuò)散測(cè)試結(jié)果。
[0016]圖4左側(cè)及右側(cè)分別為本發(fā)明一個(gè)比較例和一個(gè)實(shí)施例的液體擴(kuò)散測(cè)試結(jié)果。[0017]圖5(A)_(G)是本發(fā)明實(shí)施例的親水性膜的牢固力測(cè)試結(jié)果。
[0018]圖6是未經(jīng)親水改性的BEF膜(A)和本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的具有納米二氧化硅粒子涂層的BEF膜⑶的SEM照片。
[0019]圖7為一個(gè)實(shí)施例的液體擴(kuò)散測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種能夠使液體在單一方向上定向地迅速擴(kuò)散的親水性膜，所述親水性膜包括:
[0021]基板，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和
[0022]親水性涂層，所述親水性涂層包括二氧化硅涂層。
[0023]本發(fā)明中的基板材料沒有特別限制，包括熱塑性材料，例如可以選自由聚酯、聚醚、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯酸和玻璃組成的組。其具體實(shí)例包括:聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚丙烯酸(PAA)。本發(fā)明的基板可以為由上述材料所構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)，在此所述的基板為單層結(jié)構(gòu)是指由單一材料所制成的基板，而基板為雙層結(jié)構(gòu)則是指由一種材料為底材，并于所述底材上形成另一種材料的層。
[0024]舉例而言，本發(fā)明中可以采用的基板的一個(gè)實(shí)例是3M公司生產(chǎn)的增亮片(Brightness Enhance Film，BEF) AEF可為雙層結(jié)構(gòu)，即以PET材料為底材并于其表面上涂覆PAA材料，通過微復(fù)制技術(shù)壓花再經(jīng)固化，使PAA材料形成微型的重復(fù)棱柱結(jié)構(gòu)，以利用重復(fù)棱柱結(jié)構(gòu)提供平行的規(guī)則凹凸結(jié)構(gòu)，在其一個(gè)實(shí)例中，BEF基板的凹凸結(jié)構(gòu)的尺寸為，在兩個(gè)相鄰棱柱結(jié)構(gòu)頂端之間的距離Dl約為50 u m,而棱柱頂端至棱柱底部之間的距離D2為25pm(如圖1(B)所示)。但應(yīng)可理解，本發(fā)明的基板凹凸結(jié)構(gòu)的尺寸和形態(tài)實(shí)質(zhì)上沒有限制，例如于另一些例子中，基板可選用其他具有微米級(jí)凹凸結(jié)構(gòu)者，例如，其平行凹凸結(jié)構(gòu)中相鄰的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的距離可在I U m至500 ii m的范圍內(nèi)，在2 y m至300 y m的范圍內(nèi)，在5iim至150iim的范圍內(nèi)，而平行凹凸結(jié)構(gòu)中相鄰的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的深度可在
0.5 ii m至250 iim的范圍內(nèi)，在liim至150iim,在2.5iim至75iim的范圍內(nèi)的微棱鏡結(jié)構(gòu)，或平行凹凸結(jié)構(gòu)中相鄰的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的間距Dl為62iim、50iim、24iim或而深度02可為3111111、2511111、1211111或8.511111的不同形式的BEF基板。由此可見，基板上的平行凹凸結(jié)構(gòu)的尺寸并無(wú)特別限定，而平行凹凸結(jié)構(gòu)中的深度可為平行凹凸結(jié)構(gòu)中相鄰的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的間距的約一半，但不以此為限。此外，基板的凹凸結(jié)構(gòu)亦可為方形結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)等，當(dāng)然，基板材料不限于使用BEF，舉例而言，基板可為以玻璃為底材并于玻璃上以熱塑性材料形成凹凸結(jié)構(gòu)，或以兩種熱塑性材料相互搭配而成，基板亦不限于雙層結(jié)構(gòu)，換言之，基板可為單層結(jié)構(gòu)，亦即以單一材料通過如微復(fù)制技術(shù)或銑削加工而形成凹凸結(jié)構(gòu)。
[0025]為了使基板具有親水性，需要進(jìn)行表面修飾。所述親水性表面修飾可以例如通過涂布二氧化硅涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了在賦予基板表面親水性的同時(shí)，保持其單一方向上的規(guī)則凹凸結(jié)構(gòu)，需要防止由于二氧化硅粒度過大或涂層過厚等而使得基底表面的凹凸結(jié)構(gòu)被覆蓋。因此，必須選擇具有合適粒度的二氧化硅，并且控制在涂布過程中采用的二氧化硅溶液的濃度，以便在基板表面的凹凸結(jié)構(gòu)上均勻地涂布厚度適宜的二氧化硅涂層?；自谕坎技{米二氧化硅涂層之后變得親水，并且與平面基板相比，具有更大的表面積，并且當(dāng)施加液體于涂布二氧化硅涂層的基板時(shí)，液體沿內(nèi)凹的微結(jié)構(gòu)優(yōu)先在一個(gè)方向上流動(dòng)。[0026]所述親水性涂層可以通過涂布二氧化硅粒子的水性分散液形成。由于親水性的特質(zhì)跟二氧化硅粒子表面的OH官能基的數(shù)量成正比，所以較小平均粒度的二氧化硅粒子在同樣的體積或重量下，比較大平均粒度的二氧化硅粒子有更多表面積與OH官能基，因此二氧化硅的平均粒度愈小，所形成的親水性膜親水效果愈好?，F(xiàn)在的技術(shù)已可以在實(shí)驗(yàn)室以溶膠凝膠法合成平均粒徑Inm以下的二氧化硅粒子，而本發(fā)明所使用的親水性二氧化硅涂層的二氧化娃的平均粒度可為I至60nm,優(yōu)選4至60nm,更優(yōu)選4至25nm。而該親水性二氧化硅涂層系通過涂布二氧化硅粒子的水性分散液所形成，在制備本發(fā)明親水性膜的過程中，采用的納米二氧化硅分散液的濃度可為0.05重量％至15重量％，優(yōu)選0.5重量％至10重量％，更優(yōu)選I重量％至10重量％。于本發(fā)明中，用以形成二氧化硅涂層的二氧化硅粒子水性分散液，其二氧化硅粒子可選自第一組二氧化硅粒子、第二組二氧化硅粒子和第三組二氧化硅粒子和其組合所構(gòu)組成的組，其中第一組二氧化硅粒子的平均粒度不大于6nm，第二組二氧化硅粒子的平均粒度大于第一組二氧化硅且平均粒度不大于25nm，第三組二氧化硅粒子的平均粒度大于第二組二氧化硅粒子且平均粒度不大于60nm。
[0027]在制備本發(fā)明親水性膜的過程中，當(dāng)采用的納米二氧化硅水性分散液的濃度不大于0.5重量％時(shí)，二氧化硅水性分散液中的二氧化硅粒子可選自第一組二氧化硅粒子、第二組二氧化硅粒子、第三組二氧化硅粒子及其組合所構(gòu)成的組；而當(dāng)納米二氧化硅水性分散液的濃度為0.5重量％至10重量％時(shí)，二氧化硅水性分散液中的二氧化硅粒子以選自第一組二氧化硅粒子、第二組二氧化硅粒子及其組合所構(gòu)成的組為佳；當(dāng)納米二氧化硅水性分散液的濃度為10重量％至15重量％時(shí)，二氧化硅水性分散液中的二氧化硅粒子則以選自第一組二氧化硅粒子為佳。
[0028]圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)(圖1 (A))和本發(fā)明的親水性膜(圖1 (B))在液體擴(kuò)散方面的對(duì)比。其中現(xiàn)有技術(shù)使用平面的化學(xué)處理PET膜作為基板，本發(fā)明采用3MTM BEF作為基板，從圖1上方的橫截面示意圖中可以看到，本發(fā)明的基板具有微型重復(fù)棱柱結(jié)構(gòu)。從圖1(A)中可以看到，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的PET膜，在親水處理之前，由于液滴在PET膜上不浸潤(rùn)，因而難以擴(kuò)散，如圖1(A)左側(cè)圖所示；在進(jìn)行親水處理之后，液滴易于擴(kuò)散，但在各個(gè)方向上的擴(kuò)散速度相同，因而得到面積擴(kuò)大的圓形液滴，如圖1(A)右側(cè)圖所示。從圖1(B)中可以看到，對(duì)于本發(fā)明中采用的BEF基板，在親水處理之前，由于液滴在膜上不浸潤(rùn)，因而即使存在凹凸結(jié)構(gòu)，液滴也難以擴(kuò)散，如圖1(B)左側(cè)圖所示；在進(jìn)行親水處理之后，液滴易于擴(kuò)散，并且由于存在微型重復(fù)棱柱結(jié)構(gòu)，使得液滴優(yōu)先在一個(gè)方向上擴(kuò)散，因而得到顯著拉長(zhǎng)的液滴，如圖1(B)右側(cè)圖所示。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備親水性膜的方法，所述方法包括:
[0030]配制二氧化硅水性分散液，其中二氧化硅的粒度為I至60nm，溶液濃度為0.05重
量％至15重量％
[0031]將所述二氧化硅水性分散液涂布到基板上，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和
[0032]將涂布有二氧化硅水溶液的基板進(jìn)行干燥。
[0033]在本發(fā)明制備親水性膜的方法中，為了提升親水效果，可選擇性地進(jìn)一步控制二氧化硅涂布溶液的pH值至2-5，更優(yōu)選2-3，以利用酸化增加二氧化硅涂布溶液所帶的羥基(-0H)，從而提升親水效果。為了提高在涂布過程中在基板上的潤(rùn)濕性能，還可以任選地向納米二氧化硅涂布溶液中加入一定量的樹脂作為粘合劑。所述樹脂的實(shí)例包括:丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂，樹脂的用量沒有特別限定，只要能夠起到所需的粘合效果即可，一般低于20重量％皆可，例如為0.1-20重量％，優(yōu)選1-12重量％，更優(yōu)選1-6重量％。
[0034]二氧化硅涂布水溶液還可以任選含有其它成分，例如表面活性劑，以增加二氧化硅水溶液的涂布效果。于某些實(shí)施例中，表面活性劑可選用十二烷基磺酸鈉(DS-10)或聚乙烯醇(PVA)等陽(yáng)離子表面活性劑。
[0035]對(duì)于用于調(diào)節(jié)pH的酸沒有特別限制，可以為無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，其實(shí)例包括但不限于鹽酸、硫酸、甲酸、乙酸，等。
[0036]可以采用本領(lǐng)域中的各種常規(guī)涂布方法將納米二氧化硅分散液涂布于基板上。這樣的涂布方法包括但不限于:含浸、網(wǎng)印涂布、刮刀涂布或噴涂等方法。
[0037]在涂布之后，可以采用本領(lǐng)域中的常規(guī)方法進(jìn)行干燥。舉例而言，可于85攝氏度下靜置15分鐘，但干燥的方法并無(wú)限制，任何不破壞基板表面涂布的二氧化硅溶液的方法，例如常溫自然風(fēng)干等方法，皆可應(yīng)用于本發(fā)明。
[0038]實(shí)施例
[0039]以下參照實(shí)施例進(jìn)一步具體描述本發(fā)明，但所述實(shí)施例并不限制本發(fā)明的范圍。
[0040]1.實(shí)施例中采用的原料概括如下。
[0041]A.納米二氧化硅粒子
[0042]ST-XS (粒度:4 至 6nm)，ST-50 (粒度:20 至 25nm)，和 ST-XL (粒度:40 至 60nm)，購(gòu)自日本尼?；び邢薰?Nissan Chemical Industries, Ltd., Japan)。
[0043]B.水基樹脂:NeoCryIA-1127，購(gòu)自美國(guó) DSM 公司(DSM Company, USA) ；TEG0Variplus DS50,購(gòu)自臺(tái)灣贏創(chuàng)股份有限公司(Evonik Degussa Taiwan Ltd.)。
[0044]C.鹽酸(HC1，35% )，購(gòu)自日本島久試藥株式會(huì)社藥品。
[0045]D.基板:
[0046]3M?增亮片II NH(BEF2-T-155n)，是PET底材上形成有PAA微型重復(fù)棱柱結(jié)構(gòu)的增売片。
[0047]4密耳PET，經(jīng)PT069處理(暈光化學(xué)處理PET)，購(gòu)自光展應(yīng)用材料貿(mào)易有限公司。
[0048]E.保護(hù)性膠帶
[0049]3M? Scotch 1T01L,—種聚酯丙烯酸型膠帶，具有低粘性且ATS(adhesive tosteel，對(duì)鋼粘附力)為10?30gf/in。
[0050]F.氫氧化納(Na0H，45%氫氧化鈉溶液)，購(gòu)自義芳化學(xué)工業(yè)股份有限公司。
[0051 ] 本發(fā)明中pH測(cè)量使用pH測(cè)量?jī)x(購(gòu)自梅特勒-托利多(METTLERT0LED0)公司)進(jìn)行。
[0052]本文中所述濃度均以重量計(jì)，除非另有說明。
[0053]I1.親水性膜制備方法
[0054]1.涂布溶液的制備
[0055]用不同粒度的納米二氧化硅和去離子水制備不同濃度的納米二氧化硅分散液。用HCl (35% )將納米二氧化硅分散液酸化并調(diào)節(jié)pH值至3.0?2.0?？梢赃x擇性地向酸化的納米二氧化硅分散體中加入1-20重量％的樹脂作為粘合劑。
[0056]2.涂布親水膜
[0057]用繞線式刮棒將I中制備的涂布溶液均勻地涂布在基板上。涂布濕膜厚度約為50.3um,使涂層在空氣中于室溫干燥，隨后將其在85°C進(jìn)一步干燥15分鐘。
[0058]實(shí)施例1-17
[0059]表1.涂布溶液組成
[0060]
【權(quán)利要求】
1.一種親水性膜，包括: 基板，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和 親水性涂層，所述親水性涂層包括二氧化硅涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的親水性膜，其中所述二氧化硅涂層由平均粒度為I至60nm的二氧化硅粒子形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中任一項(xiàng)所述的親水性膜，其中所述二氧化硅涂層通過涂布所述二氧化硅粒子的水性分散液形成，所述水性分散液的二氧化硅濃度為0.05重量％至15重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的親水性膜，其中所述水性分散液的所述二氧化硅粒子選自第一組二氧化硅粒子，第二組二氧化硅粒子及第三組二氧化硅粒子及其組合所構(gòu)成的組，其中第一組二氧化硅粒子的平均粒度不大于6nm，第二組二氧化硅粒子的平均粒度大于第一組二氧化硅粒子且不大于25nm，第三組二氧化硅粒子的平均粒度大于第二組二氧化硅粒子且不大于60nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的親水性膜，其中當(dāng)所述水性分散液的二氧化硅濃度不大于0.5重量％時(shí)，所述二氧化硅涂層的二氧化硅粒子選自所述第一組二氧化硅粒子、所述第二組二氧化硅粒子，所述第三組二氧化硅粒子及其組合所構(gòu)成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的親水性膜，其中當(dāng)所述水性分散液的二氧化硅濃度為0.5重量％至10重量％時(shí)，所述二氧化硅涂層的二氧化硅粒子選自所述第一組二氧化硅粒子、所述第二組二氧化硅粒子及其組合所構(gòu)成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的親水性膜，其中當(dāng)所述水性分散液的二氧化硅濃度為10重量％至15重量％時(shí)，所述二氧化硅涂層的二氧化硅粒子選自所述第一組二氧化硅粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的親水性膜，其中所述基板的材料選自聚酯、聚醚、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯酸和玻璃組成的組，并且所述基板為由所述材料構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的親水性膜，其中平行凹凸結(jié)構(gòu)中的深度為平行凹凸結(jié)構(gòu)中相鄰的最聞點(diǎn)或最低點(diǎn)的間距的一半。
10.一種用于制備親水性膜的方法，所述方法包括: 配制二氧化硅水性分散液，其中二氧化硅的平均粒度為I至60nm，二氧化硅濃度為0.05重量％至15重量％ ； 將所述二氧化硅水性分散液涂布到基板上，所述基板具有平行的凹凸結(jié)構(gòu)；和 將涂布有二氧化硅水性分散液的基板進(jìn)行干燥。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括用酸將二氧化硅水性分散液的pH調(diào)至2-5。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述二氧化硅水性分散液中還包含樹脂。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述樹脂的濃度為0.1-20重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述二氧化硅涂布水溶液中還包含表面活性劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述基板的材料選自聚酯、聚醚、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯酸和玻璃組成的組，并且所述基板為由所述材料構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)。
16.一種根據(jù)權(quán) 利要求1-9中任一項(xiàng)所述的親水性膜的用途，其用于一種測(cè)試流體的試片。
【文檔編號(hào)】B32B27/06GK103660404SQ201210362882
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】陳德偉, 洪凰欽, 景乃勇 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司