一種聚合物超疏油表面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超疏油表面加工技術(shù)，尤其涉及一種聚合物超疏油表面的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]潤濕(Wetting)是固體界面由固-氣界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣?液界面的現(xiàn)象。而潤濕性(wettability)是指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。潤濕性是存在自然界中的普遍現(xiàn)象，例如雨水落在荷葉表面后形成球狀液滴而滾落的現(xiàn)象以及荷葉“出淤泥而不染”的自清潔效應(yīng)，即為超疏水現(xiàn)象。此外許多動植物如水黽的腳、蝴蝶的翅膀、水稻葉等，也具有超疏水性能。研究表明，所有這些表面所具有超疏水特性是由于微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)共同作用而形成的。
[0003]潤濕性同時也是材料科學(xué)和表面工程領(lǐng)域的重要方面，在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多重要應(yīng)用。所謂超疏水是指水滴在固體表面的靜態(tài)接觸角超過150°，同理，超疏油即油滴在固體表面的靜態(tài)接觸角超過150°。然而，油滴的表面張力遠(yuǎn)小于水滴的表面張力，因此，制備具有超疏油特性的固體表面，其難度較之超疏水表面更大，更難實現(xiàn)。相關(guān)研究表明，要制備空氣中超疏油表面除了需要低表面能分子的修飾外，還要在其帶微納米粗糙結(jié)構(gòu)表面上引進(jìn)凹入表面曲率，使得微納米粗糙結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹或懸臂。這給制造工藝提出更大的挑戰(zhàn)。
[0004]目前，大量的文獻(xiàn)已經(jīng)報道了人工仿生超疏水表面，這些材料在表面自清潔，防冰，防霧，防污染，金屬防腐蝕，流體減阻中有廣泛的應(yīng)用。關(guān)于疏油表面的報道相對較少，但超疏油表面在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比如防油性涂料，海水防污處理，石油管道防油爬行，油水分離中都有巨大的應(yīng)用空間。
[0005]所謂表面織構(gòu)(Surface texture)是指物體表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等圖案的陣列。具有微納米尺度微觀織構(gòu)的表面在表面能、光學(xué)特性、仿生特性、機(jī)械特性、流體動力學(xué)特性及摩擦磨損性能等方面與光滑表面表現(xiàn)出截然不同的特點(diǎn)，這為眾多學(xué)科研究注入了新的活力，并且在許多工程領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力。
[0006]疏油表面的制備方法通常遵循自下而上或自上而下的方法。現(xiàn)有制備超疏油表面的工藝方法主要有以下幾種:(I)無/有模板濕法刻蝕(2 )飛秒激光刻蝕法(3 )靜電紡絲法
(4)電沉積法(5)溶膠-凝膠法等。
[0007]其中上述方法存在以下對應(yīng)的缺陷:(I)無模板濕法刻蝕可以刻蝕硅和金屬表面，效率高且成本低，但刻蝕表面形貌可控性差，該方法容易得到超疏水表面，但不易獲得超疏油表面；疏油表面可以通過Bosch刻蝕法獲得，但工藝復(fù)雜且只適合硅材料。(2)飛秒激光刻蝕法能夠制備精度高、形貌規(guī)則的微納嵌套結(jié)構(gòu)表面，但該工藝效率低，不適合大規(guī)模制造，且設(shè)備極其昂貴。(3)靜電紡絲法通過利用微/納米細(xì)絲在表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)，容易通過控制產(chǎn)生疏油表面所需結(jié)構(gòu)，但所制備的表面機(jī)械力學(xué)性能較差，不具備良好的耐磨性等，使用壽命比較短；(4)電沉積法可以沉積金屬或聚合物，能高效便捷地制備具有微納米粗糙結(jié)構(gòu)表面，但形貌隨機(jī)性強(qiáng)，不易控制，且不易產(chǎn)生內(nèi)凹或懸臂結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種獲取超疏油表面結(jié)構(gòu)并適合快速規(guī)模生產(chǎn)的具有良好耐磨性的聚合物超疏油表面的制備方法。
[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底構(gòu)建超疏油表面結(jié)構(gòu)，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟:
51、制備出具有普通微納米微柱陣列表面結(jié)構(gòu)的聚合物材料零件；
52、對聚合物微納米微柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶脹軟化，將零件凸起結(jié)構(gòu)的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化；
53、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結(jié)構(gòu)表面使其軟化部分產(chǎn)生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹的大頭懸飄狀；
54、保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。
[0010]作為本發(fā)明聚合物超疏油表面的制備方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化。
[0011]作為本發(fā)明聚合物超疏油表面的制備方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化。
[0012]作為本發(fā)明聚合物超疏油表面的制備方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間。
[0013]作為本發(fā)明聚合物超疏油表面的制備方法的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分?jǐn)D壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽結(jié)構(gòu)，構(gòu)建超疏油聚合物表面。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種聚合物超疏油表面的制備過程的各個階段的工件結(jié)構(gòu)示意組合圖。
[0016]圖2為構(gòu)建有超疏油表面的聚合物基底的立體結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行具體描述。
[0018]圖1展示了本發(fā)明的工藝過程中工件的各個階段的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底I構(gòu)建超疏油表面結(jié)構(gòu)，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟:
S1、制備出具有普通微納米微柱陣列11表面結(jié)構(gòu)的聚合物材料零件I ;通過一般手段即可獲取具有微柱陣列11表面的聚合物零件I。
[0019]S2、對聚合物微納米微柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶脹軟化，將零件I凸起結(jié)構(gòu)即微柱陣列11的頂端部分用醇類溶液2浸濕，使其局部吸入醇類溶液2溶脹軟化；溶脹軟化成型的結(jié)構(gòu)能夠避免與工具粘接，保證加工的整潔和維持產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)一致性。
[0020]S3、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板3施加一定壓力壓在微凸起結(jié)構(gòu)即微柱陣列11表面使其軟化部分產(chǎn)生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹的大頭懸飄狀，形成具有超疏油特性的結(jié)構(gòu)。
[0021]S4、保壓一定時間使大頭微柱固化成型完成塑性變形，而后分離壓板3取出零件I ;完成工件的制備。
[0022]本發(fā)明的制備工藝通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分?jǐn)D壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽4結(jié)構(gòu)，如圖2所示，構(gòu)建超疏油聚合物表面。
[0023]更佳地，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化，是一種是微柱末端浸潤的方式，過程中要保持各個微柱的浸潤深度，嚴(yán)格控制液面與微柱之間的位置關(guān)系。
[0024]更佳地，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化，能夠較好地控制微柱的浸潤高度，通過對工件施加壓力而改變微柱的嵌入深度，從而靈活地控制浸潤尺寸。
[0025]更佳地，微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間，可以形成符合超疏油的釘帽結(jié)構(gòu)的規(guī)格，又能維持微柱的原有形狀避免受到破壞，間距稍大的微柱需要選擇更大的浸潤深度和末端變形量。
[0026]更佳地，零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體，都可以溶脹壓迫變形構(gòu)成大頭蘑菇體或釘帽體，從而形成超疏油表面織構(gòu)。
[0027]以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底構(gòu)建超疏油表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟: 51、制備出具有普通微納米微柱陣列表面結(jié)構(gòu)的聚合物材料零件； 52、對聚合物微納米微柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶脹軟化，將零件凸起結(jié)構(gòu)的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化； 53、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結(jié)構(gòu)表面使其軟化部分產(chǎn)生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹的大頭懸飄狀； 54、保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚合物超疏油表面的制備方法，其包括以下步驟：制備具有普通微納米微柱陣列的聚合物零件；對微柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶脹軟化，將零件凸起結(jié)構(gòu)的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化；加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結(jié)構(gòu)表面使其軟化部分產(chǎn)生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結(jié)構(gòu)呈內(nèi)凹的大頭懸飄狀；保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。本發(fā)明通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分?jǐn)D壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽結(jié)構(gòu)，構(gòu)建超疏油聚合物表面。
【IPC分類】B29C59/00
【公開號】CN105216295
【申請?zhí)枴緾N201510714639
【發(fā)明人】郭鐘寧, 張瑞麟, 江樹鎮(zhèn), 鄧宇, 文青梅
【申請人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月29日