一種制作高分子材料親水性微管道的方法
【專利摘要】本發明公開一種制作高分子材料親水性微管道的方法，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板和高分子材料蓋板的表面在一定的氣體流量和壓強下進行氧化輻射，然后將氧化輻射后的過濾板和蓋板在一定的溫度以及接觸力作用下直接鍵合，鍵合后過濾板和蓋板之間形成微管道，再將鍵合后的高分子材料浸入表面活性劑溶液中進行處理，經過表面活性劑溶液處理后，將鍵合的高分子材料至于真空環境中自然干燥，即得到了具有親水性微管道的高分子材料。本發明可以保證親水改性效果最大化的同時，利用氧氣等離子體活化材料表面后直接鍵合形成微管道裝置。本發明不改變材料本身特性，只對高分子材料的表面親水性做出改善，而且操作簡單，成本低廉，效果顯著。
【專利說明】一種制作高分子材料親水性微管道的方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于對高分子材料的改性領域，具體涉及一種制作高分子材料親水性微管道的方法。
【背景技術】
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[0002]有機高分子材料擁有許多優良特性，廣泛應用于建材、汽車、醫療、化工及航空等行業。但許多高分子材料由于表面的非極性，表現為疏水特性。如需在未經表面處理的狀態下進行粘合、涂覆等效果非常差，甚至無法進行，使得在一些應用上，需要對其進行改性。以PMMA為例，其化學名為聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱亞克力或有機玻璃，是一種高分子熱塑性塑料，具有較好的透明性、化學穩定性和耐候性，應用非常廣泛，建筑材料、廣告材料、醫療產品、汽車行業等待都能見到PMMA的存在。與大多數高分子材料一樣，PMMA的表面為非極性官能團，表面能低，表現為疏水特性。對高分子材料應用的需求之廣泛，使得各界對高分子材料改性研究出了許多方法。目前，高分子改性的方法主要可分為化學方法和物理方法。化學方法有表面氧化法、接枝改性法、共聚法和表面活性劑法等等；物理方法有共混法、高能輻射法等。有些工藝用一些化學藥劑對這些材料表面進行處理，這樣能改變材料的粘接效果，但這種方法不易掌握，化學藥劑本身具有毒性，操作非常麻煩，成本也較高，而且化學藥劑對橡塑材料原有的優良性能也有影響。
[0003]其中等離子改性是材料表面改性常用的一種方法。高分子材料的等離子體表面改性是利用非聚合性氣體的輝光放電，改變待加工材料的表面結構，控制界面物性或進行表面敷膜。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的是提供一種制作高分子材料親水性微管道的方法。該方法采用等離子氣體對高分子材料表面輻射氧化后，再使用表面活性劑對其進行改性，從而大大減低高分子材料的疏水特性，使高分子材料表面的接觸角降到最低。
[0005]本發明的一種制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板和高分子材料蓋板的表面在一定的氣體流量和壓強下進行氧化輻射，然后將氧化輻射后的過濾板和蓋板在一定的溫度以及接觸力作用下直接鍵合，鍵合后過濾板和蓋板之間形成微管道，再將鍵合后的高分子材料浸入表面活性劑溶液中進行處理，經過表面活性劑溶液處理后，將鍵合的高分子材料至于真空環境中自然干燥，即得到了具有親水性微管道的高分子材料。
[0006]所述的高分子材料優選為PMMA、PLA或PDMA材料。
[0007]所述的過濾板，其表面設有微管道濾網，左右兩側邊緣設有粘合口，過濾板的寬度與蓋板相適應。
[0008]所述的氣體流量優選為20?60sccm，壓強優選為0.05?0.2torr0
[0009]所述的將氧化輻射后的過濾板和蓋板在一定的溫度以及接觸力作用下直接鍵合，溫度優選為95?110°C，接觸力優選為20?60N，鍵合時間優選為5?15min。
[0010]所述的表面活性劑溶液，優選為濃度0.1 %的多聚左旋賴氨酸(poly-1-lysine，簡稱PPL)溶液。
[0011]優選，將鍵合后的高分子材料浸入表面活性劑溶液中進行處理lmin。
[0012]本發明是在高分子材料上建立微管道，利用毛細血管力作為引流動力。根據沃什伯恩模型(Washburn Model)，影響毛細血管作用力的關鍵因素，除了管道本身的尺寸外，只有材料表面的接觸角。因此要利用毛細血管力讓液體滲入管道，必須改變材料表面的潤濕性，對管道內表面做親水性改性。
[0013]本發明采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板和高分子材料蓋板的表面在一定的氣體流量和壓強下進行氧化輻射，氧氣等離子氣體作用于高分子材料表層的非極性官能團，使表面布滿負離子，增減其親水性；然后采用表面活性劑溶液對經氧化輻射后的過濾板和蓋板進行處理，表面活性劑與微管道表面極性含氧官能團發生作用，并通過毛細血管力滲入微管道內，作用后的微管道的表層表現為活性劑的極性官能團。當微流體經過微管道時，因為毛細血管力的作用，便可以迅速擴散至微管道的另一端。
[0014]本發明可以保證親水改性效果最大化的同時，利用氧氣等離子體活化材料表面后直接鍵合形成微管道裝置。本發明不改變材料本身特性，只對高分子材料的表面親水性做出改善，而且操作簡單，成本低廉，效果顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0015]圖1為本發明中的兩種高分子材料板示意圖，其中a為過濾板，b為蓋板；
[0016]圖2為本發明的過濾板的橫截面；
[0017]圖3為經過氧氣等離子體處理后的高分子材料表面微觀圖；
[0018]圖4為過濾板和蓋板鍵合后形成的微管道橫截面；
[0019]圖5為經過氧氣等離子體處理后的高分子材料表面的縱向界面，所示箭頭為過濾液體的流動方向；
[0020]圖6為本發明所采用的表面活性劑的分子式；
[0021]圖7為通過本發明的方法所制作的微管道內表面的分子結構示意圖；
[0022]其中，1:微管道濾網；2:粘合口 ；3 =PMMA材料層；4:活性層；5 =PLL親水基團。
【具體實施方式】
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[0023]以下實施例是對本發明的進一步說明，而不是對本發明的限制。
[0024]實施例1:
[0025]參考圖1、圖2，如圖所示，以PMMA材料制作的過濾板a和蓋板b ;其中過濾板a上設置有微管道濾網I，左右兩側邊緣一定寬度范圍為粘合口 2 ;過濾板a的寬度與蓋板b相適應。
[0026]將兩片材料板置于等離子表面處理儀中，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板a和高分子材料蓋板b的表面在氣體流量為30sccm、壓強為0.1torr的條件下進行氧化福射，在聞速聞能量的等尚子體轟擊下，聞分子材料表面能得以最大化，在聞分子材料PMMA材料層3的表面布滿-0H—，即形成一層活性層4 (如圖3所示)，但對原PMMA材料的特性并無影響，氧化輻射后的過濾板a和蓋板b可以做鍵合處理，接觸角減小15% ;然后將氧化輻射后的過濾板a和蓋板b在105°C下以30N的接觸力作用下直接鍵合，鍵合時間為1min,鍵合后過濾板a和蓋板b之間形成微管道，微管道橫截面如圖4所示，經過氧氣等離子體處理后的高分子材料表面的縱向界面如圖5所示，再將鍵合后的過濾板a和蓋板b浸入濃度0.1%的多聚左旋賴氨酸(poly-1-lysine,簡稱PLL)溶液中進行處理lmin,經過表面活性劑溶液處理后，PLL溶液與微管道表面極性含氧官能團發生作用，并通過毛細血管力滲入管道內，因此PLL的親水基團-NH2暴露在管道內表面的表層(如圖7所示)，經過PLL溶液處理后，接觸角能減低至15度以下，當微流體經過微管道時，因為毛細血管力的作用，便可以迅速擴散至微管道的另一端，最后將鍵合的過濾板a和蓋板b至于真空環境中自然干燥，即得到了具有親水性微管道的高分子材料。
[0027]綜上所述，本實施例提供的高分子材料親水性微管道的制作方法，該方法簡便高效，只改變高分子材料的表面特性，而并不改變材料的本身特性，極大地減小接觸角。
[0028]實施例2:
[0029]參考圖1、圖2，如圖所示，以PLA材料制作的過濾板a和蓋板b ;其中過濾板a上設置有微管道濾網I，左右兩側邊緣一定寬度范圍為粘合口 2 ;過濾板a的寬度與蓋板b相適應。
[0030]將兩片材料板置于等離子表面處理儀中，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板a和高分子材料蓋板b的表面在氣體流量為20sccm、壓強為0.05torr的條件下進行氧化福射，在聞速聞能量的等尚子體轟擊下，聞分子材料表面能得以最大化，在聞分子材料PLA材料層3的表面布滿-0!Γ，即形成一層活性層4 (如圖3所示)，但對原PLA材料的特性并無影響，氧化輻射后的過濾板a和蓋板b可以做鍵合處理,接觸角減小15% ;然后將氧化輻射后的過濾板a和蓋板b在110°C下以20N的接觸力作用下直接鍵合，鍵合時間為5min鍵合后過濾板a和蓋板b之間形成微管道，微管道橫截面如圖4所示，經過氧氣等離子體處理后的高分子材料表面的縱向界面如圖5所示，再將鍵合后的過濾板a和蓋板b浸入濃度0.1 %的多聚左旋賴氨酸(poly-1-lysine,簡稱PLL)溶液中進行處理lmin,經過表面活性劑溶液處理后，PLL溶液與微管道表面極性含氧官能團發生作用，并通過毛細血管力滲入管道內，因此PLL的親水基團-NH2暴露在管道內表面的表層(如圖7所示)，經過PLL溶液處理后，接觸角能減低至15度以下，當微流體經過微管道時，因為毛細血管力的作用，便可以迅速擴散至微管道的另一端，最后將鍵合的過濾板a和蓋板b至于真空環境中自然干燥，SP得到了具有親水性微管道的高分子材料。
[0031]綜上所述，本實施例提供的高分子材料親水性微管道的制作方法，該方法簡便高效，只改變高分子材料的表面特性，而并不改變材料的本身特性，極大地減小接觸角。
[0032]實施例3:
[0033]參考圖1、圖2，如圖所示，以PDMA材料制作的過濾板a和蓋板b ;其中過濾板a上設置有微管道濾網I，左右兩側邊緣一定寬度范圍為粘合口 2 ;過濾板a的寬度與蓋板b相適應。
[0034]將兩片材料板置于等離子表面處理儀中，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板a和高分子材料蓋板b的表面在氣體流量為60sccm、壓強為0.2torr的條件下進行氧化福射，在聞速聞能量的等尚子體轟擊下，聞分子材料表面能得以最大化，在聞分子材料PDMA材料層3的表面布滿-0H—，即形成一層活性層4 (如圖3所示)，但對原PDMA材料的特性并無影響，氧化輻射后的過濾板a和蓋板b可以做鍵合處理,接觸角減小15% ;然后將氧化輻射后的過濾板a和蓋板b在95°C下以60N的接觸力作用下直接鍵合，鍵合時間為15min鍵合后過濾板a和蓋板b之間形成微管道，微管道橫截面如圖4所示，經過氧氣等離子體處理后的高分子材料表面的縱向界面如圖5所示，再將鍵合后的過濾板a和蓋板b浸入濃度0.1 %的多聚左旋賴氨酸(poly-1-lysine,簡稱PLL)溶液中進行處理lmin,經過表面活性劑溶液處理后，PLL溶液與微管道表面極性含氧官能團發生作用，并通過毛細血管力滲入管道內，因此PLL的親水基團-NH2暴露在管道內表面的表層(如圖7所示)，經過PLL溶液處理后，接觸角能減低至15度以下，當微流體經過微管道時，因為毛細血管力的作用，便可以迅速擴散至微管道的另一端，最后將鍵合的過濾板a和蓋板b至于真空環境中自然干燥，SP得到了具有親水性微管道的高分子材料。
[0035]綜上所述，本實施例提供的高分子材料親水性微管道的制作方法，該方法簡便高效，只改變高分子材料的表面特性，而并不改變材料的本身特性，極大地減小接觸角。
【權利要求】
1.一種制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，首先采用氧氣等離子體對高分子材料過濾板和高分子材料蓋板的表面在一定的氣體流量和壓強下進行氧化輻射，然后將氧化輻射后的過濾板和蓋板在一定的溫度以及接觸力作用下直接鍵合，鍵合后過濾板和蓋板之間形成微管道，再將鍵合后的高分子材料浸入表面活性劑溶液中進行處理，經過表面活性劑溶液處理后，將鍵合的高分子材料至于真空環境中自然干燥，即得到了具有親水性微管道的高分子材料。
2.根據權利要求1所述的制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，所述的高分子材料為PMMA、PLA或PDMA材料。
3.根據權利要求1所述的制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，所述的氣體流量為20?60sccm，壓強為0.05?0.2torr，鍵合時間為5?15min。
4.根據權利要求1所述的制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，所述的將氧化輻射后的過濾板和蓋板在一定的溫度以及接觸力作用下直接鍵合，溫度為95?110°C，接觸力為2O?60N。
5.根據權利要求1所述的制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，所述的表面活性劑溶液為濃度0.1 %的多聚左旋賴氨酸溶液。
6.根據權利要求1所述的制作高分子材料親水性微管道的方法，其特征在于，將鍵合后的高分子材料浸入表面活性劑溶液中進行處理lmin。
【文檔編號】C08J7/12GK104387607SQ201410658858
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】李凌瀚, 劉炳耀 申請人:廣東萬事泰集團有限公司