一种提高材料表面防垢性能的方法
阅读说明：本技术 一种提高材料表面防垢性能的方法 (Method for improving anti-scaling performance of material surface ) 是由 田雪林 陈雨欣 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高材料表面防垢性能的方法。方法包括如下步骤：S1.基底表面预处理：将平坦基底表面清洗去除表面污渍,保持表面洁净；S2.等离子体处理：将洁净基底两面分别进行等离子处理,使其表面充分羟基化,等离子处理强度为30～50w,处理时间5～10min；S3.表面修饰：将羟基化基底浸入PDMS液体中,在80～150℃下反应12～48h,反应后除去多余的PDMS,清洗吹干即可。本发明通过在光滑平坦基底表面接枝PDMS,与普通烷基分子刷和含氟低表面能分子修饰的同种材料相比,表面结垢量减少了50％以上,修饰表面疏水,粗糙度与原基底相近,不影响基底形貌,且适用基底范围广,成本低,无毒无污染,制备工艺简单,可适用于规模化生产。(The invention discloses a method for improving the anti-scaling performance of the surface of a material. The method comprises the following steps: s1, pretreatment of the surface of a substrate: cleaning the surface of the flat substrate to remove surface stains and keeping the surface clean; s2, plasma treatment: respectively carrying out plasma treatment on two surfaces of the clean substrate to ensure that the surfaces of the clean substrate are fully hydroxylated, wherein the plasma treatment strength is 30-50 w, and the treatment time is 5-10 min; s3, surface modification: and (3) immersing the hydroxylated substrate into PDMS liquid, reacting for 12-48 h at 80-150 ℃, removing the redundant PDMS after reaction, and cleaning and blow-drying. According to the invention, PDMS is grafted on the surface of the smooth and flat substrate, compared with common alkyl molecular brushes and the same material modified by fluorine-containing low surface energy molecules, the surface scaling amount is reduced by more than 50%, the modified surface is hydrophobic, the roughness is similar to that of the original substrate, the substrate appearance is not influenced, the substrate application range is wide, the cost is low, no toxicity or pollution is caused, the preparation process is simple, and the method is suitable for large-scale production.)
技术领域
本发明涉及抗结垢处理技术领域，更具体地，涉及一种提高材料表面防垢性能的方法。
背景技术
在日常生活用水和工业用水中一般都富含钙离子、钾离子等无机盐离子，当离子浓度增大沉积在管道或器件表面时，一般会损伤机器，增加生产的能耗，后期的清除工作会延长工时，增加成产成本，降低设备使用寿命。目前常用的除垢方法包括物理方法、化学方法和新型材料三种。物理方法如电场防垢、变频防垢，阻垢效果十分有限；化学方法包括各种抗垢剂，面临通用性差，需要后期处理的问题。新型材料如聚四氟乙烯或在表面上修饰含氟的低表面能物质虽表现出相对优异的抗垢性，但据研究证实含氟物质并不环保，对环境和人体都会产生一定的危害。因此，常用的除垢方法都有一定的应用限制。
随着疏水现象的发现和研究，材料表面对水的排斥一定程度上实现了无机盐在表面结垢的限制。疏水表面主要通过表面结构和低表面能修饰来实现，由于粗糙结构有利于异相成核结晶，因此只能通过低表面能修饰来实现表面抗垢。但目前所使用的低表面能修饰物大多为含氟物质，其污染不能忽视。CN105199497A公开了一种防腐、防垢涂层材料的制备及涂覆方法，通过聚四氟乙烯乳液与石墨烯、二氧化钛混合得到涂层材料，通过石墨烯和二氧化钛降低聚四氟乙烯的表面能，综合提高基材表面的防腐抗结垢性能，但其中聚四氟乙烯等含氟物质对环境和人体会产生一定的危害，并不适应实际生产应用，且公开文本中关于表面结垢量的降低效果未有任何证据说明，无法说明是否可以取得一定的抗结垢性能。
因此，本领域所期待是提供一种可以显著降低材料表面的结垢量，提高材料表面防垢性能的方法，以减少使用过程中结垢引起的机器损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有表面防垢方法不能很好的降低表面结垢量，且使用材料对环境和人体会产生一定的危害的缺陷和不足，提供一种提高材料表面防垢性能的方法，通过在平坦表面上进行PDMS表面修饰，提高材料的表面抗垢性能，从而延长材料的使用寿命，不改变表面粗糙度且原料成本低，无毒无污染，制备工艺简单，适用基材范围广。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：将平坦基底表面清洗去除表面污渍，保持表面洁净；
S2.等离子体处理：将洁净基底两面分别进行等离子处理，使其表面充分羟基化，等离子处理强度为30～50w，正反面各处理5～10min；
S3.表面修饰：将羟基化基底浸入PDMS液体中，反应温度80～150℃下反应12～48h，反应后除去多余的PDMS，清洗吹干即可。
S3中吹干优选惰性气体吹干，比如氮气吹干。
本发明提供的表面防垢性能提升方法通过在平坦表面接枝柔性分子刷PDMS，形成“类液体”表面，一方面表面柔顺动态分子链的自由旋转可以抑制晶体有序结构的形成从而实现防垢；另一方面表面单分子层的修饰不会影响表面形貌，且原料低廉易得、无毒环保，制备方法简单，适用基底广泛。
本发明采用的线性聚二甲基硅氧烷分子刷(PDMS)，原料成本低且无毒无污染，线性PDMS修饰后表面跟原基底粗糙度大致相同，不改变原有形貌，可应用于多种表面，使其应用广泛。
在基底处理之前先进行表面预处理，清除表面污渍等杂质，因为如果基材表面存在污渍等杂质会提供晶体成核位点，大大提高异相成核的可能性，增加表面结垢量。
对基底进行等离子体处理的作用主要是为线性聚二甲基硅氧烷接枝在基底表面提供化学键合的活性位点。
本发明的方法可以实现材料表面防垢性能的提高的主要作用机理为：
(1)通过表面柔顺分子链PDMS的自由旋转和移动，抑制晶体有序结构的形成，从而实现阻垢。
(2)低表面能表面抑制结垢，线性PDMS修饰的表面具备疏水性，表面能较低，可以一定程度上阻垢。
其中，S1中所述清洗具体操作优选为：将基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中超声清洗。超声时间在15min左右，将基底依次用丙酮、异丙醇和去离子水进行清洗，采用不同极性大小的溶剂按一定顺序清洗，可以使表面不同极性的杂质最大程度被清洗干净。
优选地，S2中等离子处理的强度为30～50w，正反面各处理5～10min。
等离子体处理时间和强度影响等离子体的整体处理效果，强度小则导致接枝密度过低，疏水性差；强度大则接枝密度过高，不具备柔顺性。实际处理时，相关的等离子体强度和处理时间相互匹配，强度大的时候时间可以短一些，强度小的时候时间可以长一点，时间短则接枝密度易过低，疏水性差；强度大则接枝密度易过高，不具备柔顺性。
接枝反应温度限定原因：反应温度过低则聚二甲基硅氧烷无法接枝在表面上，反应温度过高则聚二甲基硅氧烷容易分解，因此限定合适的反应温度范围为80～150℃。
接枝反应时间限定原因：反应时间过短则聚二甲基硅氧烷无法完全接枝在表面上，反应时间过长则聚二甲基硅氧烷容易发生交联，影响类液面性能，因此限定合适的反应时间为12～48h。
优选地，S3中所述表面修饰的反应温度为100℃，反应时间为24h。
优选地，S3中所述PDMS的分子量为2000～9000。聚二甲基硅氧烷分子量对表面性能的影响：表面的类液体特性随分子量的增大而减小，分子量太大或者太小都会影响线性聚二甲基硅氧烷修饰表面的抗垢性能。分子量在2000～9000的线性聚二甲基硅氧烷具有较好的修饰效果和类液体特性。
进一步优选地，S3中所述PDMS的分子量为5000～7000。
其中本发明的S3中所述PDMS包括甲基、氨基、羟基、乙烯基或环氧基封端的PDMS，其分子链骨架均为硅氧烷链，具备柔顺性，可使修饰表面表现出类液体特性。其他表面改性方式例如可以接枝交联PDMS(CPDMS)、全氟辛基三氯硅烷(PFOS)或十八烷基三氯硅烷(OTS)，所得表面未表现出类液体特性。
优选地，S3中所述除去多余的PDMS的具体操作为：将反应后的基底依次放入甲苯、异丙醇和去离子水中清洗。若未清洗干净，表面附着PDMS，会导致表面不均匀，影响表面的平坦性，进而有利于异相成核，影响防垢性能。采用特定溶剂顺序清洗修饰后的表面，甲苯可溶解多余的PDMS，异丙醇起漂洗作用，去离子水清洗带走表面液渍。
本发明的提高材料表面防垢性能的方法适应范围广，对多种基材表面的防垢性能均有较好的提升，其中优选基材包括玻璃、硅片、金属片或塑料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种提高材料表面防垢性能的方法，通过在光滑平坦基底表面接枝线性聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子刷，显著提高了材料表面防垢性能，与普通烷基分子刷和含氟低表面能分子修饰的同种材料相比，表面结垢量减少了50％以上，具备优异的抗垢性能。
(2)本发明采用柔性单分子刷PDMS修饰，修饰后平坦表面疏水，且表面粗糙度与原基底相近，不影响基底形貌，且适用基底范围广，适宜于玻璃、硅片、金属片或塑料等多种基材的处理。
(3)本发明的方法采用的原料PDMS成本低，无毒无污染，制备工艺简单，可适用于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1所使用的甲基封端的线性PDMS表面分子结构模拟图。
图2为实施例1中普通玻璃片与所得PDMS修饰的玻璃片表面的原子力显微镜图。
图3为普通玻璃片、所得PDMS修饰的玻璃片表面和全氟辛基三氯硅烷修饰的玻璃片表面对水的接触角图片。
图4为PDMS修饰的玻璃片表面在结垢实验后的结垢行为与交联PDMS(CPDMS)、全氟辛基三氯硅烷(PFOS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的玻璃片及普通玻璃片的对比。
图5为防垢实验的简易装置图，模拟环境的自然蒸发，观察基底在三相接触线上的结垢现象。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端线性PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从甲基封端线性PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
其中所得到的线性PDMS修饰的表面分子结构如图1所示，原子力显微镜图2所示。
实施例2
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为30W，正反两面均等离子处理10min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的羟基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从羟基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例3
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的氨基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从氨基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例4
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的环氧基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从环氧基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例5
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的乙烯基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h；将玻璃基底从乙烯基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例6
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为2000的甲基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从甲基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例7
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为9000的甲基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将玻璃基底从甲基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例8
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：将硅片基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将硅片基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为30W，等离子处理15min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的硅片基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将硅片基底从甲基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗0.5h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例9
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：将铜片基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将铜片基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为30W，等离子处理15min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的铜片基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将铜片基底从甲基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗0.5h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例10
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：将聚丙烯基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗10min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将聚丙烯基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面等离子处理10min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的聚丙烯基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端PDMS液体中，放入烘箱中100℃反应24h，将聚丙烯基底从甲基封端PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗5min，异丙醇溶液中浸泡清洗0.5h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例11
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端线性PDMS液体中，放入烘箱中80℃反应48h，将玻璃基底从甲基封端线性PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
实施例12
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端线性PDMS液体中，放入烘箱中120℃反应12h，将玻璃基底从甲基封端线性PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
对比例1
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端线性PDMS液体中，60℃反应24h，将玻璃基底从甲基封端线性PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
对比例2
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入分子量Mw为6000的甲基封端线性PDMS液体中，200℃反应24h，将玻璃基底从甲基封端线性PDMS液中取出，分别放入甲苯溶液浸泡清洗15min，异丙醇溶液中浸泡清洗2h，除去多余的PDMS分子，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
对比例3
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入十八烷基三氯硅烷(OTS)的无水甲苯溶液中，室温下反应1h；将玻璃基底从溶液中取出，分别放入甲苯溶液、异丙醇溶液、去离子水充分清洗，氮气吹干保存。
对比例4
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底放入干燥器中，滴加20μl全氟辛基三氯硅烷(PFOS)溶液，气相沉积3h。反应结束后将玻璃基底取出，用正己烷溶液浸泡清洗3h，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
对比例5
一种提高材料表面防垢性能的方法，包括如下步骤：
S1.基底表面预处理：首先配制‘食人鱼溶液’(体积比H2O2：H2SO4＝1：3)浸泡清洗玻璃基底15min，然后将玻璃基底依次放入丙酮、异丙醇和去离子水溶剂中，分别超声清洗15min，最后保存在去离子水中直至使用；
S2.等离子体处理：将玻璃基底用氮气吹干放入等离子处理器中，强度设置为50W，正反两面均等离子处理5min，使其表面充分羟基化；
S3.表面修饰：将等离子体处理的玻璃基底浸入交联PDMS(CPDMS)的正己烷溶液中0.5h，取出后放入烘箱中75℃固化反应1h；反应结束后将玻璃基底取出，用正己烷溶液浸泡清洗3h，然后用去离子水清洗，氮气吹干保存。
结果检测
(1)接触角检测
检测方法为：将样品放到仪器平台上，滴加4μL去离子水，使用接触角仪(Krüss，DSA100S)直接测量得到接触角度数。
制备所得的线性PDMS修饰的表面及普通玻璃片、全氟辛基三氯硅烷修饰的表面对水的接触角结果如图3所示，从图3中可以看出全氟辛基三氯硅烷修饰的玻璃基底接触角比线性聚二甲基硅氧烷修饰的玻璃基底小，表面能最低。
相关表面能的计算公式为：
γlv＝γd+γh
具体表面能如表1所示：
表1：
样品
接触角/°
表面能/mN/m
实施例1
104
19.66
对比例3
107
24.26
对比例4
113
9.14
对比例5
103
19.05
玻璃基底
30
64.38
(2)抗结垢性能检测
制备所得的线性PDMS修饰的表面的抗垢性能，其与交联PDMS(CPDMS)、全氟辛基三氯硅烷(PFOS)、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的玻璃片及普通玻璃片的对比结果如图4所示，从图4可以看出线性聚二甲基硅氧烷(LPDMS)修饰的玻璃基底结垢量最少，具备相对优异的防垢性能。
其中表面结垢量的检测方法为：首先称取3g硫酸钙固体，研磨后搅拌配制1L硫酸钙过饱和溶液；将修饰后的样品称重，悬挂浸入过饱和硫酸钙溶液中，加热45℃不断蒸发反应(如图5所示)，40h左右取出放入烘箱中60℃烘干再次称重，计算前后重量差值。
具体检测结果如表2所示：
表2
序号
结垢量/g
减少率/％(对比未修饰基底)
实施例1
0.0004～0.0006
76～84
实施例2
0.0008～0.001
61～69
实施例3
0.0006～0.001
61～76
实施例4
0.0006～0.0009
65～76
实施例5
0.0005～0.0008
69～80
实施例6
0.0008～0.0011
57～69
实施例7
0.001～0.0013
50～61
实施例8
0.0004～0.0008
69～84
实施例9
0.0025～0.0028
39～45
实施例10
0.0012～0.0014
53～60
实施例11
0.0008～0.0011
57～69
实施例12
0.0006～0.0009
65～76
对比例1
0.0021～0.0023
11～19
对比例2
0.0019～0.0023
11～26
对比例3
0.0015～0.002
23～42
对比例4
0.0012～0.0018
30～53
对比例5
0.001～0.0016
38～61
从上表数据可以看出，修饰后的基底较未修饰的均具备一定的防垢性能，其中线性聚二甲基硅氧烷(PDMS)修饰的基底硫酸钙结垢减少率最大，具备相对优异的防垢性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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