一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法
阅读说明：本技术 一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法 (Self-cleaning silica gel keyboard key and preparation method thereof ) 是由 尹俊杰 尹志权 尹俊昌 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法,属于键盘技术领域,所述的一种自清洁硅胶键盘按键,由超疏水改性硅胶颗粒通过在100-120℃时以50MPa的压力下挤出至模具中一体成型后进行抛光和蚀刻得到的,所述超疏水改性硅胶颗粒是由原硅酸乙酯、聚六氢三嗪衍生物、硅烷偶联剂在羧基化纳米颗粒表面进行交联反应制得的,其制备方法包括以下步骤：(1)聚六氢三嗪衍生物的准备；(2)超疏水改性硅胶颗粒的制备；(3)自清洁硅胶键盘按键的成型；本发明采用了超疏水改性硅胶颗粒一体成型制成键盘按键并且通过抛光、蚀刻,使得其表面形成微纳米尺度的高度纹理结构和内部结构具有超疏水性能,能够长期保持键盘按键的自清洁性能。(The invention provides a self-cleaning silica gel keyboard key and a preparation method thereof, belonging to the technical field of keyboards, the self-cleaning silica gel keyboard key is obtained by extruding super-hydrophobic modified silica gel particles into a mould at the temperature of 100-120 ℃ under the pressure of 50MPa for integral molding, and then polishing and etching the mould, wherein the super-hydrophobic modified silica gel particles are prepared by cross-linking reaction of ethyl orthosilicate, polyhexamethylene triazine derivatives and silane coupling agents on the surface of carboxylated nano particles, and the preparation method comprises the following steps: (1) preparing a polyhexamethylene triazine derivative; (2) preparing super-hydrophobic modified silica gel particles; (3) forming self-cleaning silica gel keyboard keys; according to the invention, the keyboard keys are integrally formed by adopting the super-hydrophobic modified silica gel particles, and the high texture structure with the micro-nano scale and the internal structure are formed on the surface of the keyboard keys through polishing and etching, so that the keyboard keys have super-hydrophobic performance, and the self-cleaning performance of the keyboard keys can be maintained for a long time.)
技术领域
本发明涉及键盘
技术领域
，具体涉及一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法。背景技术
键盘是用于操作计算机设备运行的一种指令和数据输入装置，也指经过系统安排操作一台机器或设备的一组功能键(如打字机、电脑键盘)。传统的键盘按键制造时，需要在其表面涂覆一层自清洁膜便于日常清洁，而键盘在使用过程中经常对其进行按压、敲击，久而久之其表面的涂层容易被磨损掉后，自清洁性能下降甚至丧失，手指上的汗渍、油脂粘附在按键表面后难以清洁。
硅胶是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其主要成分是二氧化硅。它不光具有塑料、橡胶的优良特性，还比塑料更加的环保，它可以自然降解，无毒无味，耐温不易燃，使用寿命长。硅胶优越的性能，加上硅胶是非石油产品，不依赖日益紧缺的石油资源，使得硅胶制品成为同类塑料制品的代替品已经是大势所趋，因此，亟需开发一种自清洁能力耐久性好、环保、综合性能较好的键盘按键材料。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的是提供一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法，解决了传统键盘按键长期使用后自清洁性能降低、难以清洁的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种自清洁硅胶键盘按键，由超疏水改性硅胶颗粒通过在100-120℃时以50MPa的压力下挤出至模具中一体成型后进行抛光和蚀刻得到的，所述超疏水改性硅胶颗粒是由原硅酸乙酯、聚六氢三嗪衍生物、硅烷偶联剂在羧基化纳米颗粒表面进行交联反应制得的。
优选的，所述硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中任意一种。
优选的，所述羧基化纳米颗粒为安必奇生物公司的型号为DNG-F047的羧基化二氧化硅，所述羧基化二氧化硅的直径为30nm。
上述的一种自清洁硅胶键盘按键的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将甲醛溶解在去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将多胺在搅拌下溶解在去离子水中形成多胺溶液，将多胺溶液在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，反应结束后进行离心，收集沉淀后进行干燥得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将羧基化纳米颗粒超声分散到去离子水中，再将聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将原硅酸乙酯、硅烷偶联剂在不断搅拌下加入到混合溶液中进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，干燥得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在100-120℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中进行抛光，最后用盐酸蚀刻后得到自清洁硅胶键盘按键。
优选的，所述步骤(1)中的多胺为带有苯环的多胺，包括但不限于对苯二胺、3,3',4,4'-联苯四胺、1,5-萘二胺、1,3,5-三氨基苯中至少一种。
优选的，所述步骤(1)中的甲醛和多胺的摩尔比为12-14:5。
优选的，所述步骤(1)中的反应条件为在70-75℃下搅拌2-4h。
优选的，所述步骤(2)中羧基化纳米颗粒、聚六氢三嗪衍生物、原硅酸乙酯和硅烷偶联剂的质量比为3-5:10-20:5-8:1-3。
优选的，所述步骤(2)中的反应条件为在100-110℃下搅拌反应5-8h，所述步骤(1)和步骤(2)中的干燥条件为在60℃烘箱中烘干8-12h。
优选的，所述步骤(3)中抛光机的转速为100-200r/min，抛光时间为30-60s，抛光砂纸为600-800目，所述步骤(3)中的盐酸浓度为1mol/L，所述蚀刻时间为30-40s。
本发明的有益效果是：
(1)该一种自清洁硅胶键盘按键及其制备方法，首先通过甲醛与多胺发生醛胺缩合反应得到聚六氢三嗪衍生物，再通过原硅酸乙酯和硅烷偶联剂上的羟基与羧基化纳米颗粒反应，随后聚六氢三嗪衍生物的加入与原硅酸乙酯和硅烷偶联剂进行交联将纳米颗粒包裹，并且聚六氢三嗪衍生物相对于原硅酸乙酯和硅烷偶联剂过量，使得它们的羟基全部反应，从内部结构达到疏水效果，得到超疏水改性硅胶颗粒，最后将其在高温高压下挤压至键盘按键模具中后冷却一体成型，经过抛光后用盐酸短时间蚀刻其表面，使得表面形成微纳米尺度的高度纹理表面。
(2)该一种自清洁硅胶键盘按键，其表面的微纳米尺度的高度纹理结构，不仅能够增加按键表面的防滑性，还进一步提高键盘按键的疏水性能，使得水滴很容易从超疏水表面滚落，带走污垢颗粒和其他杂质，当键盘按键长时间使用导致磨损时，虽然其表面的高度纹理结构可能会被破坏，但其由于采用了超疏水改性硅胶颗粒一体成型制成，暴露出来的内部结构依旧具有超疏水性能，能够长期保持键盘按键的自清洁性能。
(3)该一种自清洁硅胶键盘按键，整体机械强度较高，耐磨性较好，制备工艺简单，原料来源丰富，且原料环保可降解，能够回收后重复利用，大大降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。以下实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所有原料均为通用材料。
实施例1
一种自清洁硅胶键盘按键的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将4.2g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将10.7g3,3',4,4'-联苯四胺在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成3,3',4,4'-联苯四胺溶液，将3,3',4,4'-联苯四胺溶液在70℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌4h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干12h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将2.5g羧基化二氧化硅超声分散到200ml去离子水中，再将10g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将4g原硅酸乙酯、1.5g十八烷基三甲氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在100℃下搅拌反应5h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干12h得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在100-120℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用800目的抛光砂纸以转速为100r/min抛光30s，最后用1mol/L盐酸蚀刻30s后取出得到自清洁硅胶键盘按键。
实施例2
一种自清洁硅胶键盘按键的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将3.6g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将5.4g对苯二胺在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成对苯二胺溶液，将对苯二胺溶液在72℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌3h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干8h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将1.5g羧基化二氧化硅超声分散到200ml去离子水中，再将5g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将2.5g原硅酸乙酯、0.5g辛基三乙氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在105℃下搅拌反应8h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干8h得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在110℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用600目的抛光砂纸以转速为100r/min抛光40s，最后用1mol/L盐酸蚀刻32s后取出得到自清洁硅胶键盘按键。
实施例3
一种自清洁硅胶键盘按键的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将3.9g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将6.2g1,3,5-三氨基苯在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成1,3,5-三氨基苯溶液，将1,3,5-三氨基苯溶液在75℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌2h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干10h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将2g羧基化二氧化硅超声分散到200ml去离子水中，再将7.5g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将3g原硅酸乙酯、1g乙烯基三乙氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在110℃下搅拌反应5h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干10h得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在120℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用700目的抛光砂纸以转速为150r/min抛光50s，最后用1mol/L盐酸蚀刻40s后取出得到自清洁硅胶键盘按键。
实施例4
一种自清洁硅胶键盘按键的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将4g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将8g1,5-萘二胺在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成1,5-萘二胺溶液，将1,5-萘二胺溶液在74℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌3.5h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干11h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将1.8g羧基化二氧化硅超声分散到200ml去离子水中，再将9g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将3.5g原硅酸乙酯、1.2g辛基三乙氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在110℃下搅拌反应6h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干11h得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在100℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用800目的抛光砂纸以转速为200r/min抛光60s，最后用1mol/L盐酸蚀刻35s后取出得到自清洁硅胶键盘按键。
对比例1
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将4g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将8g1,5-萘二胺在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成1,5-萘二胺溶液，将1,5-萘二胺溶液在74℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌3.5h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干11h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将1.8g羧基化二氧化硅超声分散到200ml去离子水中，再将4.5g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将3.5g原硅酸乙酯、1.2g辛基三乙氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在110℃下搅拌反应6h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干11h得到超疏水改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的超疏水改性硅胶颗粒在100℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用800目的抛光砂纸以转速为200r/min抛光60s，最后用1mol/L盐酸蚀刻35s后取出得到自清洁硅胶键盘按键取出得到自清洁硅胶键盘按键。
对比例2
(1)聚六氢三嗪衍生物的准备：将4g甲醛溶解在100ml去离子水中于70℃下搅拌30min形成甲醛溶液，再将8g1,5-萘二胺在搅拌下溶解在100ml去离子水中形成1,5-萘二胺溶液，将1,5-萘二胺溶液在74℃时在不断搅拌下滴加至甲醛溶液中，继续搅拌3.5h，反应结束后进行离心，收集沉淀后在60℃烘箱中烘干11h得到聚六氢三嗪衍生物；
(2)将9g聚六氢三嗪衍生物溶解在水中形成混合溶液，依次将3.5g原硅酸乙酯、1.2g辛基三乙氧基硅烷在不断搅拌下加入到混合溶液中，并在110℃下搅拌反应6h进行反应后，将产物进行过滤、洗涤干净后，在60℃烘箱中烘干11h得到改性硅胶颗粒；
(3)将步骤(2)得到的改性硅胶颗粒在100℃下加热后，在50MPa压力下挤入键盘按键模具中，继续加热30min，冷却固化后在抛光机中用800目的抛光砂纸以转速为200r/min抛光60s，最后用1mol/L盐酸蚀刻35s后取出得到自清洁硅胶键盘按键。
1)疏水性能试验
将实施例1-4与对比例1-2的制备的键盘按键进行不同液滴如水、奶茶、咖啡、可乐、牛奶在键盘按键表面的水接触角试验(采用接触仪SL200B，美国，KINO)，液滴体积为8μL并且在每个键盘按键的不同位置进行5次水接触角试验，取平均值，试验结果见表1。
表1：
结果分析：由实施例1-4可以得知，自清洁硅胶键盘按键的水接触角均能达到150°以上，具有超疏水性能，且对于奶茶、咖啡、可乐和牛奶也具有超疏水性，能够轻易地进行清理，达到自清洁的效果，而对比例1、2的水接触角小于150°大于120°，具有疏水性能，对于奶茶、咖啡、可乐和牛奶的疏水性能有所下降，表明本发明制备的自清洁橡胶键盘按键具有较为优秀的自清洁性能。
2)砂纸磨损试验
将对实施例1-4和对比例1-2制备的相同尺寸的键盘按键样品，以200g的载荷与1000目砂纸反复摩擦2cm距离，经过2000次磨损后测量测试样品的水接触角(方法同试验1))和磨损量，测量结果见表2。
表2：
结果分析：由实施例1-4可以得知，自清洁硅胶键盘按键在经过2000次磨损后其表面的水接触角均能达到150°以上，仍然具有超疏水性能，而对比例1和对比例2的键盘按键经过2000次磨损后其表面的水接触角下降严重，只有72.6°和95.2°，其疏水性能大大降低，且对比例2的耐磨性较差，表明本发明制备的自清洁橡胶键盘按键的耐磨性较好，虽然表面的高度纹理结构可能会被破坏，但其由于采用了超疏水改性硅胶颗粒一体成型制成，暴露出来的内部结构依旧具有超疏水性能。
3)机械性能试验
通过GB/T 2567-200和GB/T-1843-2008标准对用实施例1-4和对比例1-2方法制备样品进行机械性能测试，表1为实施例1-4和对比例1-2制备的样品的测试标准和条件，测试结果见表4。
表3：
表4：
结果分析：由表4测试结果可以得知，用实施例1-4的方法制备的样品的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均优于用对比例1-2的方法制备的样品，而对比例2的冲击强度最差，表明本发明通过聚六氢三嗪衍生物的加入与原硅酸乙酯和硅烷偶联剂进行交联将纳米颗粒包裹的方式将纳米颗粒均匀分散在键盘按键中，不仅能够提高其机械性能还能提高其耐磨性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
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